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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leitungsschnittstelle
für ein Nachrichtenübertragungsnetz mit einem Filter, dessen
Eingang Signale einer Zweifach-Busleitung zugeführt werden und
der ein gefiltertes Signal einer Transformationsschaltung
zuführt, welche ein numerisches Signal an eine Protokoll-
Steuerschaltung abgibt.
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Es sind numerische Netze zur Übertragung von Daten mit
beliebigem Zugriff und mit zerstörungsfreier Fehlererkennung
für Kraftfahrzeuge bekannt. Der Datenübertragungsbus weist
dabei zwei Leitungen auf. Binäre Zustände werden auf dem Bus
durch eine differentielle Spannung zwischen den beiden
Leitungen dargestellt, wobei das Vorzeichen der Polarität den
binaren Zustand des Wertes darstellt.
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Jedes Untersystem oder jede Station mit einer Mitteilung ist
mit dem Netzbus über eine Leitungsschnittstellenschaltung
verbunden. Diese Leitungsschnittstelle dient dazu, die
Verbindung zwischen dem Netzbus, welcher zwei Leitungen
aufweist, und einer Programmschaltung herzustellen, welche mit
der Station verbunden ist. Diese verwirklicht außerdem die
Transformation von logischen Signalen, welche von der
Programmsteuerschaltung in einer kompatiblen Form zur
Busleitung (analoge Signale) abgegeben werden.
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Das Patent FR 26 27 036 beschreibt eine Schnittstelle, welche
einen Teilnehmer mit einer Zweifach-Busleitung verbindet.
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Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, eine Schnittstelle zu
schaffen, welche einerseits dem automatischen Übergang in einen
herabgestuften Modus ermöglicht, d.h. in Verbindung mit nur
einer Busleitung, im Falle eines Fehlers auf der Busleitung
aufgrund eines Kurzschlusses oder eines offenen Schaltkreises
und andererseits die Rückkehr in den normalen Modus zu
ermöglichen (Verbindung zwischen den beiden Leitungen), wenn
der Fehler nicht mehr auftritt. Die Vorrichtung kann Fehler nur
auf einer der Bus leitungen erkennen oder aber auf beiden, ohne
dabei die Fehlerursache feststellen zu können (Kurzschluß mit
der Masse, mit dem positiven Anschluß der Stromversorgung
zwischen den Drähten offener Schaltkreise, auftreten mehrerer
Fehler).
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Erfindungsgemäß weist die Leitungsschnittstelle ein Filter auf,
dessen Eingang Signale einer Zweifach-Busleitung zugeführt
werden und der ein gefiltertes Signal einer
Transformationsschaltung zuführt, welche drei Vergleicher
aufweist, wobei der erste die gefilterten Signale erhält, der
zweite das gefilterte Signal der einen Leitung sowie eine
Referenzspannung erhält und der dritte das gefilterte Signal
der anderen Leitung sowie eine Referenzspannung erhält; sie ist
dadurch gekennzeichnet, daß sie Zähler aufweist, denen die
Ausgangssignale des zweiten und dritten Vergleichers zugeführt
werden, wobei jeder Zähler auf Null zurückgestellt wird durch
das Eingangssignal des anderen Zählers, um so an einem Ausgang
eine Anzahl von Übergängen zu messen, welche eine vorgegebene
Anzahl übersteigt, während der andere Ausgang diese nicht zählt
und daß sie einen Zähler aufweist, dem das Signal des ersten
Vergleichers zugeführt wird zur Zählung einer vorgegebenen
Anzahl von Übergangen dieses Signals, während eines Zeitraums
und zur Abgabe eines Fehlersignals, wenn diese Anzahl kleiner
ist als die vorgegebene Anzahl und daß sie elektronische
Schaltkreise aufweist, um eine Zustandsänderung des Taktsignals
auszulösen, das der Protokoll-Steuerschaltung zugeführt wird,
wenn ein Fehlersignal festgestellt wird.
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Gemäß einer Besonderheit weist die Schnittstelle ein
numerisches Filter am Ausgang des zweiten und dritten
Vergleichers auf, wobei dieses numerische Filter dem zweiten
und dritten Zähler ein gefiltertes Signal zuführt.
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Gemäß einer weiteren Besonderheit werden die Signale der den
ersten und zweiten Vergleichern zugeordneten Zähler Speicher-
Kippschaltungen zugeführt.
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Gemäß einer weiteren Besonderheit werden die Ausgangssignale
der Speicher-Kippschaltungen einer Fehlererkennungsschaltung
zugeführt, welche NOR-Schaltkreise aufweist.
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Gemäß einer weiteren Besonderheit besteht jedes numerische
Filter aus Kippschaltungen, einem UND-Tor und einem NOR-Tor zur
Steuerung der Eingänge der letzten Kippschaltung.
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Gemäß einer weiteren Besonderheit weist der dem ersten
Vergleicher zugeordnete Zähler eine Kippschaltung auf, welche
den Durchlauf einer vorgegebenen Anzahl von Übergängen des
Ausgangssignals des Vergleichers speichert, wobei ein erneuter
Beginn periodisch durch ein von einer Uhrschaltung abgegebenes
Signal ausgelöst wird.
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Die Erfindung wird im folgenden im einzelnen im Zusammenhang
mit einem beispielhaft gegebenen Ausführungsbeispiel
beschrieben, wie es in der beigefügten Zeichnung dargestellt
ist. Es zeigen:
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Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen
Leitungsschnittstelle;
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Fig. 2 ein Funktionsschema der Schnittstelle;
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Fig. 3 das Schema eines Schnittstellenzählers;
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Fig. 4 ein Schema eines anderen Schnittstellenzählers;
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Fig. 5 das Schema einer Rückstellschaltung auf Null für die
Schnittstelle;
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Fig. 6 ein Schema eines numerischen Filters für die
Schnittstelle;
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Fig. 7 ein Schema des Zusammenbaus der Schnittstelle mit einem
Makro-Bauteil und
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Fig. 8 ein Zeitablaufdiagramm zur Darstellung der
Betriebsweise.
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Die in der Zeichnung dargestellte Leitungsschnittstelle dient
dazu, die elektrische Verbindung zwischen dem Netz-Bus 1 und
der Programmsteuerschaltung 2 sicherzustellen, wobei letztere
einer Übertragungsstation zugeordnet ist.
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Der Bus 1 ist eine Zweifach-Busleitung mit zwei Leitungen 11
und 12 (DATA+, DATA-). Die binären Zustände werden auf der
Busleitung durch eine differentielle Spannung zwischen den
beiden Leitungen dargestellt, wobei das Vorzeichen der
Polarität den Wert des binären Zustandes codiert.
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Die Schnittstelle weist ein Analogfilter 3 aufs dessen beide
Eingänge e1 und e2 mit den Bus leitungen verbunden sind und
deren beide Ausgänge s1 und s2 mit einer (seitlichen)
Transformationsschaltung 4 verbunden sind. Zur Ausgabe formt
die Schaltung 4 die von der Protokoll-Steuerschaltung
erhaltenen logischen Signale in analoge Signale um, die für den
Bus geeignet sind. Beim Empfang führt die Schaltung 4 die
umgekehrte Umformung aus.
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Die Ausgänge s1 und s2 des Filters 3 sind mit einem ersten
Vergleicher 43 verbunden, dessen Ausgang R0 mit einer
Entscheidungsschaltung 5 verbunden ist.
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Der Ausgang s2 des Filters 3 ist mit einem zweiten Vergleicher
41 verbunden, dessen anderer Eingang mit einer Referenzspannung
beaufschlagt wird. Der Ausgang ERR1 dieses Vergleichers 41 ist
mit der Entscheidungsschaltung 5 verbunden.
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Der Ausgang s2 des Filters ist mit einem dritten Vergleicher 42
verbunden, dessen anderer Eingang mit der Referenzspannung
beaufschlagt wird. Der Ausgang ERR2 dieses Vergleichers 42 ist
mit der Entscheidungsschaltung 5 verbunden.
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Die Schaltung 44 erhält die Signale der Protokoll-
Steuerschaltung 2 und Führt sie direkt nach der Umformung den
Busleitungen zu.
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Die Entscheidungsschaltung 5 anaylsiert permanent den
Ausgangszustand der drei Vergleicher, um daraus den
Betriebszustand abzuleiten (normaler Modus oder abweichender,
d.h. herabgestufter Modus) und um die Steuerschaltung zu
informieren.
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Die von den Vergleichern 41 und 42 abgegebenen Signale werden
durch entsprechende numerische Filter 61 und 62 verarbeitet.
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Die Filter 61 und 62 sind identisch und sind in Fig. 6
dargestellt. Sie bestehen aus drei D-Kippschaltungen 611 bis
613 (oder 612 bis 623) die in Form eines Verschieberegisters
angeordnet sind und aus einer JK-Kippschaltung 616 (oder 626).
Die Eingänge dieser Kippschaltungen erhalten die Signale von
zwei UND- und NOR-Torschaltungen, welche jeweils die
Ausgangssignale der Kippschaltungen 611 bis 613 decodieren. Ein
Zeitsignal 63 wird den Zeiteingängen der Kippschaltungen
zugeführt.
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Das Prinzip dieser Filter basiert auf der Überprüfung des von
dem Vergleicher 43 oder 42 abgegebenen Signals. Dieses Signal
wird der ersten Kippschaltung 611 zugeführt, dessen
Ausgangssignal der nachfolgenden Kippschaltung zugeführt wird.
Die drei letzten Überprüfungen am Ausgang der drei
Kippschaltungen 611 bis 630 werden durch die UND-Schaltung 640
decodiert und durch eine NOR-Torschaltung 615, welche die
entsprechenden Eingänge J und K der letzten Kippschaltung 616
ansteuert. Eine Umschaltung auf den Ausgang des Vergleichers
erfolgt nur dann, wenn diese von drei aufeinanderfolgenden
Überprüfungen bestätigt wird. Diese Umschaltung bewirkt eine
Zustandsänderung am Ausgang der Kippschaltung 616.
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Die Frequenz der Überprüfung wird derart eingestellt, daß
wenigstens drei Überprüfungen pro Bit durchgeführt werden unter
Berücksichtigung von Uhrabweichungen. Der Beginn der
Überprüfung erfolgt dergestalt, daß am Ausgang ein logisches
Niveau ansteht entsprechend einem Ausgangszustand (fehlende
Kommunikation an der Busleitung).
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Aufgrund von Fahrzeugschwingungen ist es leicht möglich, daß
Fehler in Form von Wackelkontakten auftreten, welche zu
kurzzeitigem Auftreten oder Verschwinden von Fehlmeldungen
führen. Trotz der analogen Filterung am Bus erzeugen diese
flüchtigen Phänomene parasitäre Impulse am Ausgang der
Vergleicher.
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Treten mehrere parasitäre Impulse während der Zeitdauer eines
Bits auf, so kann die Diagnose an der fehlerbehafteten Leitung
umgekehrt werden. Die numerischen Filter 61 und 62 vermeiden
derartige Irrtümer.
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Die am Ausgang der Filter 61 und 62 erscheinenden Signale
werden entsprechenden Zählern 71 bzw. 72 zugeführt.
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Diese identischen Zähler sind in Fig. 3 dargestellt. Jeder
Zähler 71, 72 besteht aus drei D-Kippschaltungen 711, 712, 713,
an deren Zeiteingang das Ausgangssignal des Filters 61 oder 62
angelegt wird.
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Der Zähler 71 wird an seinem Eingang 715 auf Null gestellt
durch eine Null-Rückstellschaltung 73, welche durch das am
anderen Zähler 72 ankommende Eingangssignal ausgelöst wird.
Desgleichen wird der Zähler 72 an seinem Eingang 725 auf Null
gestellt durch eine Rückstellschaltung 74, die durch das am
anderen Zähler 71 ankommende Eingangssignal betätigt wird.
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Im Falle von Fehlern auf einer einzigen Busleitung nimmt einer
der Zähler 71, 72 einen Maximalwert (von z.B. 4) an. Der
Überlaufimpuls löst daraufhin sofort über den Eingang 81 die
Steuerschaltung 8 aus, welche die Kippschaltungen 83 und 82
aufweist, die einen Übergang in den herabgestuften Modus mit
dem Niveau Null herbeiführen. Die Schaltung 8 erhält die
Äusgangssignale der Zähler 71 und 72 bzw. das Ausgangssignal
der Kippschaltung 753.
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Jeder Zähler 71 oder 72 ist ein Synchronzähler und wirkt auf
die Abstiegsflanken der Uhr.
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Der Ausgang des Zählers 71 (oder 72) ist über 714 (oder 724)
und eine UND-Torschaltung 716 (oder 726> rückgekoppelt zur
Rückstellung auf Null der Gesamtheit der Kippschaltungen 711
bis 713 (oder 721 bis 723), wodurch eine Begrenzung der Zählung
auf den vorgegebenen Wert 4 mit Erzeugung eines Impulses
ermöglicht wird, welcher verwendet wird zur Steuerung der
Speicherung des Fehlers.
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Die Fehlermessung erfolgt mittels der Zähler 71 und 72 durch
permanente Analyse des Ausgangszustandes dieser Zähler.
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Es ist möglich, die Fehler als Funktion des Zustandes der
Zähler 71 und 72 zu unterscheiden. Zuerst wird dieser Zustand
gespeichert und danach die Fehlerunterscheidung vorgenommen.
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Nimmt einer der Zähler 71 oder 72 den Maximalwert (z.B. 4) an,
so zwingt ein Überlaufimpuls den Ausgang einer Speicher-
Kippschaltung 91 oder 92 auf den Wert 1. Solange dieser Fehler
anhält, bleibt der Ausgang aufl. Der Übergang Null-1 des
Ausgangs der Schaltung steuert über 13 eine Rückstellschaltung
75 auf Null, welche die Kippschaltungen auf Null stellt,
während des Übergangs vom herabgestuften Modus zum normalen
Modus, d.h. beim zweiten Impuls der Zeitschaltung 11, des
sogenannten "Überwachers" nach dem Verschwinden des Fehlers.
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Aus Integrationsgründen wird die Rückstellung der Zähler auf
Null nicht mit einer Widerstands-Leitungs-Schaltung bewirkt
(Auftreten einer Verzögerung), sondern mit der
Rückstellschaltung auf Null 73 oder 74 von Fig. 5.
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Der Eingang der Rückstellschaltung auf Null 73 oder 74 wird vom
gefilterten Ausgang eines Vergleichers 41 oder 42 beaufschlagt.
Jede Abstiegsflanke bewirkt eine Aktivierung der RAZ
(Rückstellung auf Null).
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Die Schaltungen 73 oder 74 ermöglichen das Auftreten von
Impulsen mit ausreichender Dauer zur RAZ, da diese definiert
ist als die erforderliche Haltezeit am Löscheingang der D-
Kippschaltung 731 oder 741.
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Das Ausgangssignal des Vergleichers 43 wird in den in Fig. 4
dargestellten Zähler 75 eingegeben.
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Der Zähler 75 dient zur Wiederherstellung des normalen
Zustandes und zur Messung von Fehlern, die von den Zählern 71
und 72 nicht erkannt wurden (Kurzschluß zwischen den beiden
Busleitungen oder Verbindungsunterbrechung im Bus).
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Dieser Synchronzähler besteht aus zwei D-Kippschaltungen 751
und 752 und einer JK-Speicher-Kippschaltung 753, deren jede am
Zeiteingang das Ausgangssignal des Vergleichers 53 aufnimmt.
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Die letzte durch die JK-Kippschaltung 752 dargestellte Stufe
speichert den Durchlauf einer vorgegebenen Anzahl von
Übergängen des vom Vergleicher abgegebenen Signals.
Beispielsweise ist diese vorgegebene Anzahl 4. Ein erneuter
Betrieb des Zählers erfolgt nur periodisch durch ein
Überwachugnssignal, welches von dem als Überwacher wirkenden
Zeitschaltkreis abgegeben wird und über die RAZ in die
Kippschaltungen eingeführt wird.
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Dieses Überwachungssignal ist ein periodischer Impulszug.
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Während des fehlerfreien Betriebes treten die Stationen in
Verbindung wenigstens einmal während der Überwachungsperiode.
Während dieser Überwachungsperiode wird festgestellt, ob der
Ausgang des Zählers 75 mehrere Male umgeschaltet wurde. Die
Minimalanzahl von durch 75 gezählten Umschaltungen pro
Nachricht auf der Busleitung muß wenigstens gleich der
Minimalanzahl von Übergängen einer Informationseinheit sein.
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Die Füllung des Zählers 75 löst die JK-Speicher-Kippschaltung
753 (mit dem Niveau 1) aus, wenn nicht das Ausgangsniveau auf 0
verbleibt (Zustand zu Beginn). Das Ausgangssignal der
Kippschaltung 753 wird der Bewertungsschaltung 82 (UND-
Torschaltung) zugeführt, welche ebenfalls das Signal der
Schaltung 11 erhält. Der Überwachungsimpuls erzeugt über die
Bewertungsschaltung 82 das Ausgangssignal der JK-Kippschaltung
753, sofern diese im umgekehrten Zustand ist. Eine 0 am Ausgang
82 entspricht dem normalen Modus und eine 1 dem herabgestuften
Modus.
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Der Überwachungsimpuls bewirkt gleichzeitig die Rückstellung
auf Null des Zählers 75 und einen erneuten Beginn am Ausgang
der Kippschaltung 753 nach einer erfolgten Einwirkung.
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Diese Steuerschaltung 8 besteht aus einer UND-Torschaltung 81,
welche das Ausgangssignal der Zähler 71 und 72 und dasjenige
der Kippschaltung 753 empfängt.
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Die Schaltung für den erneuten Wiederbeginn 79, welche es
ermöglicht, daß der Zähler 75 das Signal RAZ enthält und die
JK-Kippschaltung 753 dasjenige für den erneuten Wiederbeginn
erhält, ausgehend von dem Überwachungssignal, ist ähnlich
derjenigen von Fig. 5, jedoch ohne Inversion des
Eingangssignals. Das Ausgangssignal wird invertiert, um die
Einsatzsteuerung zu erhalten. Eine zweite Inversion ermöglicht
den Erhalt des verzögerten Signals für den Wiederbeginn.
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Die Ausgangssignale der Speicher-Kippschaltungen 91 und 92 und
der Zähler 71 und 72 werden an eine Fehlererkennungsschaltung
93 weitergeleitet. Diese Schaltung 93 besteht aus vier NOR-
Schaltkreisen 931, von denen ein Eingang mit dem Ausgang Q
einer Kippschaltung 91 verbunden ist und von denen der andere
Eingang mit dem anderen Ausgang der anderen Kippschaltung 91
oder 92 verbunden ist.
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Der Ausgangszustand der Kippschaltungen 91 oder 92 wird
demzufolge durch die vier NOR-Schaltkreise der Schaltung 93
decodiert. Die Anregung eines der Ausgänge ergibt die Art des
auftretenden Fehlers:
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- Fehler auf der Leitung DATA+,
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- Fehler auf der Leitung DATA-,
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- Kurzschluß oder nicht benutzter Bus.
Kippschaltung 91
Kippschaltung 92
Durch die NOR decodierte Fehler
Fehler auf der Leitung DATA +
Fehler auf der Leitung DATA -
Bus HS, inaktiver
Bus oder Kurzschluß
Normalzustand
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Der Zustand 1-1 der beiden Kippschaltungen 91 oder 92 bedeutet
eine Folge abwechselnder Fehler auf den Bus leitungen ohne
Rückkehr in den Normalzustand. Dieser Fall wird in eine Folge
von Zuständen 0-1, 1-0 (oder umgekehrt) transformiert durch
Rückstellung auf Null einer D-Kippschaltung 91 oder 92
gegenüber dem Überlaufzähler.
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Die vier NOR-Schaltkreise 931 der Decodierschaltung 93
decodieren den Ausgangszustand der Speicher-Kippschaltungen 91
oder 92. Da der Normalzustand und der Kurzschluß durch
dieselben Bit-Paare 0-0 dargestellt werden, muß der Ausgang des
NOR durch den Befehl "abgestufter Modus" aktiviert werden (was
ganz einfach durch die UND-Torschaltungen 932 erfolgt). Ein
festgestellter Kurzschluß aktiviert den Ausgang 95, der zur
Protokoll-Steuerschaltung 2 führt.
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Im automatischen Betrieb geht das Ausgangssignal einer jeden
UND-Torschaltung 14 zum Eingang einer UND-Torschaltung 131,
deren anderer Eingang das Signal eines Vergleichers 41, 42
erhält, und zwar dergestalt, daß der Ausgang dieser
Torschaltung 131 aktiviert wird oder nicht. Der
Auswahlschaltkreis 13, dem die Ausgangssignale der UND-
Torschaltungen 14 und der Vergleicher zugeführt wird, ist in
der Lage, seine Informationen über eine einzige Leitung,
entweder die Leitung 11 oder die Leitung 12 je nach dem
festgestellten Fehler, weiterzugeben.
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Die von 15 abgegebene Information "Normalmodus" unterbindet
Informationen, die von NOR 931 abgegeben werden und aktiviert
den Zugang zu einem anderen UND 131 mittels des Vergleichers
43. Die Verbindungen können in diesem Fall über 11 oder 12
erfolgen.
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Nur eines der drei an UND 131 und 132 ankommenden Signale kann
zu einem gegebenen Zeitpunkt den Wert 1 annehmen, so daß auch
nur ein einziger Ausgang des Vergleichers aktiviert wird. Ein
ODER 133 ermöglicht als Ausgang ausschließlich eine Leitung.
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Der Wahl zwischen dem manuellen Betrieb oder dem automatischen
Betrieb erfolgt durch eine Schaltung 12 mittels zweier
Leitungen 122 und 123, wobei auf jeder ein logisches Niveau
angelegt wird:
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- 1-1: Automatisch
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- 0-0: Manuell mit dem Ausgang RO am Vergleicher 43
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- 0-1: Manuell mit dem Ausgang ERR1 am Vergleicher 41
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- 1-0: Manuell mit dem Ausgang ERR2 am Vergleicher 42.
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Die Kombination der Ausgangssignale dieser Leitungen wird durch
die Anordnung 12 decodiert, welche sich aus vier UND-
Torschaltungen 121 zusammensetzt. Je nach dem logischen Niveau-
Paar ist ein einziger Ausgang auf dem Niveau 1 und bestimmt den
gewollten Zustand (manuell oder automatisch). Im manuellen
Zustand werden die Ausgänge der Vergleicher beaufschlagt. Im
automatischen Zustand wird die Kontrolle durchgeführt, je nach
der Montageanalyse.
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Fig. 7 zeigt die Verwirklichung der Schnittstelle zusammen mit
einem Makrobauteil mit 32 Kippschaltungen.
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Weder sind die analogen Filter noch die Vergleicher darin
integriert.
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Eines der Kriterien für die Wahl des Markobauteils ist dessen
geringer Raumbedarf. Jedoch ist seine Verwendung nicht
unabdingbar. Im letzteren Fall könnte das System verbessert
werden durch Erhöhung der Überprüfungsgeschwindigkeit in den
numerischen Filtern und Analyse auf Basis einer größeren Anzahl
von Überprüfungen mit Entscheidungsfindung bezüglich der
Umschaltungen als Funktion eines bestimmten Prozentsatzes von 1
und 0.