DE4290570C2 - Datenübertragungseinrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Datenübertragungseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Übertragungsvorrichtung ist beispielsweise aus G. Färber: "Bussysteme", R. Oldenburg Verlag, 1984, insbesondere Seiten 43-45 und 58-61 bekannt.

Im Bereich von Funktelefonen gibt es gegenwärtig eine Technik des Übertragens von Sprache und Daten zwischen dem Sende-/Empfangsgerät (Transceiver) und dem Hörer eines Funktelefons. Diese Technik umfaßt zwei individuelle Busse, wobei der erste Bus Datensignale enthält und der zweite Bus Audio- oder Sprechsignale enthält. Dies bildet einen relativ langsamen Datensignalbus, welcher kein elektromagnetisches Interferenz (EMI) oder Funkfrequenz-Interferenz (RFI) Problem besitzt.

Heute und in Zukunft, da die mikroprozessorgesteuerte Nachrichtenübertragung in mikroprozessorgesteuerten Systemen schneller wird, besitzt das Funktelefon die Fähigkeit, digitale Audio-Signale und die Datensignale auf einem Bus zu integrieren. Dieser einzelne Bus erlaubt neue Entwicklungen in der Funktelefontechnik zum Anschließen von Zusatzgeräten, z. B. Anrufbeantwortern, Telefaxgeräte und Modems auf dem einzelnen Bus, ohne die Sprechsignale von den Datensignalen zu trennen, bevor diese zu dem Transceiver ausgesandt werden. Dies reduziert die Anzahl der für die Verbindung zwischen den Zusatzgeräten und dem Transceiver notwendigen Drähte und erlaubt eine gemeinsame Interface-Technik. Jedoch muß dieser Datenbus fähig sein, Hochgeschwindigkeitsdatenübertragungs­ raten mit minimaler RFI und EMI Ausstrahlung zu ermöglichen und eine hohe Toleranz gegenüber Interferenz von anderen Subsystemen, welche das Funktelefon umgeben, besitzen. Eine Automobil-Umgebung ist ein bestes Beispiel, wo Interferenz zwischen anderen Subsystemen großer Beachtung bedarf, da eine unmittelbare Nachbarschaft mit anderen Systemen , wie z. B. Motorsteuerungsmodulen und elektronisch gesteuerte Aufhängungssystemen besteht.

Eine Möglichkeit, bei der der Anteil der RFI- und EMI- Ausstrahlung reduziert wird, ist es, die Amplitude des Signalpegels auf dem Datenbus von 5 Volt (Spitze zu Spitze V_pp) auf 0,5 V_pp zu reduzieren. Diese Verringerung der Amplitude reduziert deutlich den Anteil der Ausstrahlung, aber erzeugt auch mehrere Probleme: erstens wird das System extrem empfindlich gegenüber EMI- und RFI-Interferenz und zweitens wird es empfindlich gegenüber Differenzen in den Spannungspotentialen der umgebenden Massebezugsspannungen. Andere Komplikationen bei der Konstruktion eines Hochgeschwindigkeitsdatenbusses entstehen durch die Entfernung zwischen dem Transceiver und dem Hörer oder anderen Zusatzgeräten, wobei die umgebungsbedingten Entfernungen zwischen dem Transceiver und den Zusatzgeräten und den getrennten Spannungsversorgungen in dem Transceiver und den Zusatzgeräten einige Meter lang sein können und auch getrennte Spannungsversorgungen besitzen. Erstens erzeugt der Abstand zwischen dem Transceiver und den Zusatzgeräten das Bedürfnis nach einem Bus, um diesen Abstand zu verlängern. Dieser Abstand erhöht die Möglichkeit, daß Rauschen von anderen Systemen induziert wird und eine Veränderung des Masse-Spannungspotentials auftritt. Zweitens können die Zusatzgeräte unterschiedlichen Umgebungsbedingungen ausgesetzt sein, zum Beispiel kann der Transceiver in dem Kofferraum angeordnet sein und der Hörer im Inneren des Fahrgastraumes vorgesehen sein. Der Temperaturunterschied kann ernsthaft die Funktionsweise der einzelnen Komponenten und ihrer Spannungspegel beeinflussen. Schließlich erhöhen die verschiedenen Versorgungsspannungen für verschiedene Geräte die Möglichkeit von Schwankungen in dem Bezugsspannungspotential.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfach aufgebaute Datenübertragungseinrichtung anzugeben, bei der die Schwankungen der Bezugsspannungspegel keine nachteiligen Auswirkungen auf das Übertragungsverhalten der Einrichtung verursachen.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem gattungsbildenden Datenübertragungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines Funkfrequenz-Datenübertragungssystems.

Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm eines Bustreiberschaltkreises in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.

Fig. 3 ist ein schematisches Diagramm eines alternativen Bustreiberschaltkreises in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1 stellt ein Funkfrequenz (RF) Datenübertragungssystem mit einem ortsfesten Transceiver 101 und einem mobilen oder tragbaren Transceiver 103 dar. Der mobile und tragbare Transceiver 103 sendet und empfängt Funkfrequenzsignale von dem ortsfesten Transceiver 101. Die Funkfrequenzsignale werden über die Antenne 105 eingekoppelt, demoduliert und in Datensignale von dem Transceiver 107 transformiert. Der Transceiver 107 kann die Datensignale der Zusatzgeräte auf einem seriellen digitalen Datenbus 109 aussenden oder empfangen. Die Zusatzgeräte in diesem Beispiel sind ein Hörer 111 und ein Telefaxgerät 113, es sollten andere Zusatzgeräte jedoch nicht ausgeschlossen sein.

Fig. 2 zeigt eine Explosivdarstellung des digitalen Datenbusses zwischen dem Transceiver 107 und dem zusätzlichen Hörer 111. Obwohl nur der Transceiver 107 und der Hörer 111 in Fig. 2 gezeigt sind, kann der Datenbus in einer Konfiguration mit mehreren Zusatzgeräten verwendet werden. Der digitale Datenbus 109 ist als eine Vorwärtsverbindung (uplink) 211 und eine Rückwärtsverbindung (downlink) 203 gezeigt. Diese Verbindungen erlauben die Datenübertragung zwischen dem Hörer 111 und dem Transceiver 107. Der Datenbus-Treiberschaltkreis 243 ist allen Zusatzgeräten gemeinsam und dient zwei Hauptzwecken. Erstens wird der Datenbus-Treiberschaltkreis 243 dazu verwendet, einen einzelnen Bezugsspannungspegel für die Datenbus-Vorwärtsverbindung 211 zu erzeugen, wobei die verschiedenen Referenzpunkte jedes einzelnen Zusatzgeräts auf dem Datenbus eliminiert werden durch das Zuführen des DC-Spannungspegels des Datenbussignals über die Vorwärtsverbindung 211 in den Datenbus-Treiberschaltkreis 243. Zweitens teilt er den Spannungspegel des Datenausgangssignals des Bus-Interface-Chips (BIC) 207 auf die Amplitude der auf dem Datenbus 109 verwendeten Datensignale herunter. Für die vorliegende Erfindung beträgt die Amplitude des Spannungsausgangs des Chips 5 V_pp, und diese Ausgangsspannung wird auf eine Amplitude von 0,5 V_pp heruntergeteilt. Es soll bemerkt werden, daß jedes andere vergleichbare Spannungsteilungsschema hier angewandt werden kann. Da der Datenbus 109 Signale mit einer kleinen Amplitude verwendet, muß der Datenbus 109 um den gleichen Referenzpunkt getrieben werden, um sicherzustellen, daß eine richtige Prioritätssteuerung des Datenbusses 109 erfolgt. Das Prioritätsschema zum Erreichen einer Steuerung für den Datenbus 109 wird durch das Zusatzgerät mit dem niedrigsten Q2 Basisspannungspotential erreicht, wobei die Basis-Emitterverbindung Q2 aller anderen Zusatzgeräte zu einer Rückwärtssteuerung gezwungen wird, wodurch verhindert wird, daß die anderen Zusatzgeräte den Bus treiben. Der gemeinsame Bezugsspannungspunkt zwischen allen Zusatzgeräten wird über die Rückkoppelung über den Transistor Q1 227 und Q2 213 erreicht. Der Schaltkreis, welcher den Widerstand 231, den Kondensator 229 und den Transistor Q1 227 einschließt entfernt die AC Komponente des Datensignals auf dem Bus 211. An dem Emitter von Q1 ist die gemeinsame Bezugsspannung für die Vorwärtsverbindung 211 des Busses vorhanden. Dieser gemeinsame Bezugsspannungspegel wird dann verwendet, den Transistor Q2 zu steuern. Als Ergebnis dieser Rückkopplungsoperation werden Schwankungen in den Komponenten oder Bezugsspannungspegeln oder Versorgungsspannungspotentialen eliminiert, welche diese Vorwärtsverbindung 211 des Busses betreffen, sowie Schwankungen des Signalspannungspegels des ausgehenden Datensignals des Bus-Interface-Chips 207.

Die Datenausgangssignale des Bus-Interface-Chips 207 auf der Signalleitung 233 besitzen eine Amplitude, welche von einem Zusatzgerät zum anderen variiert; in diesem Beispiel besitzen die Datenausgangssignale der Zusatzgeräte eine Amplitude zwischen 0 und 5 Volt. Der Widerstand 217 und der Widerstand 223 bilden ein Spannungsteilernetzwerk, welches diese Amplitude auf einen Wert von 0.5 V_pp reduziert, was ungefähr der Bezugsspannung entspricht, welche an dem Emitter von Q1 227 vorhanden ist. Der Widerstand 221 und der Kondensator 219 bilden einen Filter zum Entfernen des Rauschens auf der Signalleitung. Die Induktionsspule 215 trägt auch zu einem Filtereffekt bei.

Wenn das Zusatzgerät die Kontrolle über den Bus durch Versetzen der Signalleitung 233 in ihren niedrigen Zustand und Halten dieses Zustandes für eine bestimmte Zeit, erhalten hat, schaltet das Zusatzgerät den Transistor Q2 213 ein und die Daten werden über die Vorwärtsverbindung 211 an den Transceiver 107 vorwärtsgetrieben. Die Spannungsversorgung des Zusatzgeräts 225 kann anders sein als die Spannungsversorgung des Transceivers 237. Unabhängig von diesen Unterschieden wird der Datenbus immer noch eine gemeinsame Bezugsspannung besitzen. Der ursprüngliche Bezugsspannungspegel wird von der Versorgungsspannung 237 des Transceivers und dem Widerstand 239 erzeugt. Der Ein/Aus-Schalter 201 und die Rückwärtsverbindung 203 wird eingeschaltet, wenn ein Zusatzgerät zuerst eingeschaltet wird. Dies verbindet die Rückwärtsverbindung mit dem Massepotential und signalisiert dem Transceiver 107, daß ein neues Zusatzgerät 111 mit dem seriellen Bus 109 verbunden ist. Die Rückwärtsverbindung wird dazu verwendet, eine gemeinsame Taktquelle von dem Transceiver 107 an alle Zusatzgeräte auszusenden. Alle Datensignale, die über ein Zusatzgerät 111 getrieben werden, müssen ein effektives Taktverhältnis von ungefähr 50% besitzen. Ein effektives Taktverhältnis von 50% ist durch einen Mittelwert des Datensignals, welcher gleich der Hälfte der Spitze zu Spitze-Spannung ist, definiert. Dies erlaubt dem Steuerpunkt sich in der Mitte der Übergangspegel zu stabilisieren, was die richtige Wiedergewinnung der Daten durch den Transceiver ermöglicht. Wenn die Signalausgangsleitung 233 in einem hohen oder niedrigen Zustand über eine längere Zeitdauer verbleibt, dann wird sich der DC-Steuerpegel, welcher an dem Emitter von Q1 227 anliegt, schließlich an den Spannungspegel anpassen, auf dem die Daten gehalten werden, wodurch Fehler in der Datenübertragung entstehen. Dieses potentielle Problem wird durch das Aussenden von Manchester-codierten Daten gelöst, wodurch die Übergänge in dem Datensignal garantiert werden.

Fig. 3 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel zu demjenigen der Fig. 2. Die einzig wesentliche Veränderung in diesem Ausführungsbeispiel ist es, daß der Master oder der Transceiver 107 den Bezugsspannungspegel an dem Ausgang des Emitters von Q1 315 bestimmt, wobei der Bezugsspannungspegel über die Rückwärtsverbindung 303, welche von dem Master-Transceiver 107 kommt, mit einer Referenz versehen wird. Der Rest des hierin enthaltenen Schaltkreises ist identisch mit der Fig. 2.

Es gibt zwei wesentliche Teile in diesem Ausführungsbeispiel. Erstens die Verwendung des DC-Spannungspegels des Datenbusses, um das Datenausgangssignal der Zusatzgeräte zu stabilisieren. Dieses Stabilisieren eliminiert die Unterschiede in den Umgebungscharakteristika, Spannungsversorgungen, Massepotential- und Signalpegeln der Datensignale der einzelnen Zusatzgeräte. Zweitens das Einstellen der Amplitude des Ausgangssignals des einzelnen Zusatzgeräts auf ein gemeinsames Signal mit niedriger Amplitude. Durch das Einstellen dieser Amplitude wird eine bekannte Spannung erzeugt, um die Priorität des Zugriffs auf den Bus zu regeln und die EMI- und RFI-Ausstrahlungen sind geringer.

Claims (5)

1. Datenübertragungseinrichtung mit wenigstens einer Nebensta­ tion (111) und einer Hauptstation (107), wobei die Nebensta­ tion Datensignale mit einem effektiven Tastverhältnis von un­ gefähr 50% erzeugt und die Hauptstation (107) ein erstes Spannungspotential besitzt, die Übertragungseinrichtung einen Vorwärtsbus (211) aufweist, mit einem ersten Anschluß, welcher mit der Hauptstation elektrisch gekoppelt ist, wobei der Vor­ wärtsbus Datensignale zur Hauptstation überträgt, und die Nebenstation mit einem zweiten Anschluß des Vorwärtsbusses elektrisch gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenstation eine Einrichtung (227, 229, 231) umfaßt zum Stabilisieren eines Datensignals auf einen Bezugsspannungspe­ gel, sowie eine Einrichtung (217, 223) zum Einstellen der Am­ plitude des stabilisierten Datensignals auf einen vorbestimm­ ten Spannungswert, wobei die Einstelleinrichtung mit der Stabilisierungseinrichtung gekoppelt ist, und daß die Neben­ station eine Einrichtung (213) aufweist, welche im Ansprechen auf das stabilisierte und eingestellte Datensignal auf den Vorwärtsbus (211) zugreift, wobei ein erster Anschluß der Zu­ griffseinrichtung mit der Einstelleinrichtung (217, 223) ge­ koppelt ist und ein zweiter Anschluß der Zugriffseinrichtung mit dem zweiten Anschluß des Vorwärtsbusses (211) verbunden ist und die Zugriffseinrichtung (213) das stabilisierte und eingestellte Datensignal überträgt.

2. Datenübertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Nebenstation (111) ein zweites Span­ nungspotential besitzt und eine Einrichtung (243) aufweist zum Erzeugen eines einzigen Bezugsspannungspegels im Ansprechen auf das erste und zweite Spannungspotential.

3. Datenübertragungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Einrichtung in einem Funktelefon (103) integriert ist, die Hauptstation ein Transceiver (107) und die Nebenstation ein Hörer (111) ist.

4. Datenübertragungseinrichtung nach wenigstens einem der An­ sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisierungseinrichtung weiterhin umfaßt:
einen ersten Transistor (227) mit einer Basis, einem Emitter und einem Kollektor, wobei der Kollektor mit einem ersten festen Spannungspegel (Vcc) der Nebenstation (111) und der Emitter mit einem Spannungspegel des Datensignals gekoppelt ist;
einen Kondensator (229) mit einem ersten und zweiten Anschluß, wobei der zweite Anschluß mit einem zweiten Spannungspegel verbunden ist; und
einen Widerstand (231) mit einem ersten und zweiten Anschluß, wobei der erste Anschluß mit dem Vorwärtsbus (211) gekoppelt ist und der zweite Anschluß mit dem ersten Anschluß des Kondensators (229) und der Basis des ersten Transistors (227) verbunden ist.

5. Datenübertragungseinrichtung nach wenigstens einem der An­ sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugriffsein­ richtung weiterhin einen zweiten Transistor (213) umfaßt mit einer Basis, einem Kollektor und einem Emitter, wobei die Basis mit dem ersten Anschluß der Einstelleinrichtung gekop­ pelt ist, der Kollektor mit einem zweiten festen Spannungspe­ gel der Nebenstation (111) gekoppelt ist und der Emitter mit dem Vorwärtsbus (211) gekoppelt ist.