WO2004040852A1 - Ausgabeeinheit, empfangseinheit, anordnung zur datenübertragung in einem kraftfahreug sowie verfahren dazu - Google Patents

Ausgabeeinheit, empfangseinheit, anordnung zur datenübertragung in einem kraftfahreug sowie verfahren dazu Download PDF

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WO2004040852A1
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signal
character
unit
transmission
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H04L2012/40273—Bus for use in transportation systems the transportation system being a vehicle

Definitions

  • the invention relates to a unit for outputting a signal on a transmission channel in a motor vehicle, a unit for receiving a signal from a transmission channel in a motor vehicle, an arrangement for data transmission in a motor vehicle via a transmission channel and a method for data transmission or Data acceptance in a motor vehicle.
  • Motor vehicles often have distributed control or computing units.
  • distributed control or computing units are usually understood to mean units which are arranged at different points in the motor vehicle. Due to their need to exchange data, these control and computing units are connected to one another via a transmission channel - contactless or wired.
  • the wired networking of control or computing units with sensor units is usually implemented using a bus system.
  • Special transmission and reception devices or driver modules, in particular so-called transceivers, are provided as access to the bus transmission channel.
  • CAN Controller Area Network
  • Special transmission and reception devices or driver modules, in particular so-called transceivers are provided as access to the bus transmission channel.
  • the CAN transmission channel can be damaged and short-circuited.
  • Bus_L This is also referred to as the external fault of the bus lines (Bus_L; Bus_H) of the transmission channel.
  • Bus_L to ground or ground (GND) Bus_L to battery (Vbat or BAT) with a voltage of e.g. Zt. 12V, soon 42V; Bus_H to GND and Bus_H to BAT.
  • no fault-tolerant driver blocks are currently available in the high-speed range or tolerate at most two cases of external short-circuiting of one of the bus lines in the transmission channel: namely either Bus_H to BAT or a termination of the Bus-L line to GND.
  • the disadvantage of this is that the transmission of sensor signals is not guaranteed when this is vital under certain circumstances, in particular when it comes to sensor signals from a passive safety system such as an airbag system, belt tensioner system or the like.
  • the data transmission between the aforementioned units is usually asynchronous. To correctly reconstruct the data in the receiver, the receiver must therefore know the clock information of the sending unit. Because of this, this clock information must be transmitted over the transmission path from the transmitter to the receiver. If clock information is transmitted in addition to the other information, the transmission bandwidth increases.
  • the data transmission has an overhead.
  • the data generated in a unit - for example a sensor - is encoded in this unit for the purpose of data transmission to a remote location.
  • the experts here also speak of channel coding, which brings the generated data into a form suitable for transmission. This takes place on the basis of a coding rule which transcodes the sensor signal into the signal to be transmitted.
  • the term sensor signal is always used for the Transmitter present signal used, the information to be transmitted to the receiver.
  • FIG. 5 shows these known coding methods for data transmission in a motor vehicle.
  • the sensor signal DATA is binary coded, that is, it has a character set of two characters, namely a "0" and a "1". Individual signal units of the sensor signal DATA have a duration T.
  • 5b shows a work cycle TAKT of the sending output unit over time t.
  • FIGS. 5c and 5d show signals CHAN which are associated with the sensor signal DATA and are channel-coded according to certain coding regulations, FIG. 5c showing a signal to be transmitted
  • Signal CHAN shows that the sensor signal DATA was obtained after the NRZ coding.
  • This coding is initially a 1: 1 mapping of the sensor signal.
  • UART Universal A-synchronous Receive Transmit
  • the receiver is only synchronized by a start signal.
  • the free-running oscillator provided in the receiver for clock generation may not leave a predetermined tolerance range until further synchronization with the transmitter by a further start signal. This requires either a high-precision oscillator in the receiving unit or a high-frequency synchronization, which is at the expense of the transmission bandwidth.
  • 5d shows a channel-coded signal CHAN to be transmitted, which was obtained from the sensor signal DATA by Manchester coding.
  • Manchester coding is characterized by the fact that, like NRZ coding, it uses a binary character set. Within a signal time unit T of the sensor signal, however, two characters / signal states are provided in the Manchester-coded signal. The change from one character of the sensor signal to its complementary character in the subsequent signal state is implemented by the Manchester code by a phase change.
  • the Manchester Code thus offers the possibility of clock recovery in the receiver within a theoretical tolerance range of 50%. However, this option of clock recovery is purchased by doubling the bandwidth, since one signal unit (bit) of the sensor signal is represented by two signal states during the same time period T in the signal to be transmitted.
  • a channel coding based on current modulation is known from WO 98/52 792-A.
  • the channel coding has a character set of three characters, HIGH, LOW and zero.
  • the sensor signal provides a binary code. According to the coding specification, ones of the sensor signal are alternately encoded in HIGH and LOW pulses in the signal to be transmitted. ZEROs of the sensor signal remain ZERO levels in the signal to be transmitted.
  • the time average of the signals to be transmitted is kept constant.
  • no work cycle can be derived from the signal to be transmitted.
  • a data transmission method is known from EP 0 384 258 A2, in which a binary sensor signal by means of an AMI (Alternate Mark Inversion) code in connection with a MIMI (Alternate Mark Inversion) code in connection with a MIMI (Alternate Mark Inversion) code in connection with a MIMI (Alternate Mark Inversion) code in connection with a MIMI (Alternate Mark Inversion) code in connection with a MI (Alternate Mark Inversion) code in connection with a MI (Alternate Mark Inversion) code in connection with a MI (Alternate Mark Inversion) code in connection with a MI (Alternate Mark Inversion) code in connection with a MI (Alternate Mark Inversion) code in connection with a MI (Alternate Mark Inversion) code in connection with a MI (Alternate Mark Inversion) code in connection with a MI (Alternate Mark Inversion) code in connection with a MI (Alternate Mark Inversion) code in connection with
  • Pulse width modulation is channel coded.
  • the sensor signal is first pulse-width modulated before it is formed in this way.
  • the pulse width modulated signal is subjected to the alternate mark inversion.
  • a disadvantage of this data transmission method is the increased bandwidth in the signal to be transmitted compared to the sensor signal.
  • the narrow pulses generated by pulse width modulation pose problems with regard to electromagnetic compatibility (EMC).
  • DE 101 32 048 design a channel coding such that the code for the signal to be transmitted via the channel contains at least one character more in its character set than the character set from which the sensor signal is formed, the Information should ultimately be transferred.
  • a binary code is provided for the sensor signal, then the signal to be transmitted is formed at least from a ternary code, i.e.
  • there are n characters available for the sensor signal with n as an integer, and at least n + 1 characters for the signal to be transmitted.
  • the present invention is based on the object of specifying an arrangement for transmitting data in a motor vehicle, an associated output unit and an associated receiving unit and a data transmission or acceptance method, in which, when using a high-speed CAN, the external interference immunity of both bus lines (Bus_L, Bus_H) is guaranteed against both GND and BAT.
  • the transmission bandwidth should be kept small and sufficient information about the work cycle should be transmitted to the receiving unit.
  • the part of the task relating to the output unit is solved by the features of patent claim 1.
  • the part of the task relating to the receiving unit is achieved by the features of patent claim 10.
  • the output unit which operates according to various case-dependent coding regulations - laid down below - for outputting a signal CHAN to a transmission channel, formed from at least two bus lines, in a motor vehicle, comprises: a fault-tolerant coding unit for converting a sensor signal DATA into outgoing Transmit signals TxA or TxB; at least two high-seed driver modules connected downstream of the coding unit and connected antiparallel to one another for connecting the output unit to the transmission channel and converting the transmit signals TxA and TxB into the signal CHAN to be output; and a comparison unit which allows a voltage comparison of the outgoing transmission signals TxA and TxB with incoming reception signals RxA and RxB.
  • the receiving unit which operates according to various case-dependent decoding regulations - laid down below - for receiving a signal CHAN from a transmission channel, formed from at least two bus lines, in a motor vehicle, comprises: a decoding unit for converting incoming received signals RxA and RxB into a working signal DATA; at least two high- connected upstream of the decoding unit anti-parallel with each other Speed driver modules for connecting the receiving unit to the transmission channel and converting the signal CHAN to be received into incoming signals RxA and RxB; and a detection unit, which allows the detection of clock edges from the incoming signals RxA and RxB.
  • the arrangement for data transmission in a motor vehicle via a transmission channel, comprising at least two bus lines, according to the invention makes use of an output unit according to one of claims 1 to 9 and a receiving unit according to one of claims 10 to 17.
  • the method according to the invention for data transmission or data acceptance in a motor vehicle is characterized in particular by the use of a first coding regulation or decoding regulation for a normal operating mode and a second coding regulation or decoding regulation for a special operating mode.
  • the channel coding takes place according to the invention by means of a first coding regulation for the normal operating mode with the equality of the voltages of TxA and RxA or TxB and RxB detected by the comparison unit.
  • a second coding rule is provided according to the invention if the inequalities mentioned are detected accordingly, that is if one of the bus lines BUS_L or BUS_H is connected to ground (GND) or battery (Vbat).
  • the channel decoding takes place according to the invention by means of a first decoding rule for normal operation of the decoding unit with synchronism of the clock edges detected by the detection unit at a defined signal time unit T.
  • a second decoding rule is provided according to the invention with a correspondingly detected asynchrony of said clock edges for the defined duration of the signal time unit T.
  • the channel is decoded according to the invention in such a way that the code for the decoded work signal DATA provides a character set of only n characters if the character set for the signal CHAN to be accepted or the incoming receive signals RxA and RxB have at least n + 1 characters.
  • the channel coding is carried out according to the invention in both cases in such a way that the code for the outgoing sensor designals TxA and TxB or the signal CHAN to be transmitted via the channel contains at least one more character in its character set than the character set from which the sensor signal DATA is formed, the information of which is ultimately to be transmitted.
  • the signal to be transmitted is formed at least from a ternary code, i.e. at least three different characters, which are represented, for example, by three different signal states on the line, are available for forming a signal. More generally, n characters are available for the sensor signal, with n as an integer, and at least n + 1 characters for the signal to be transmitted.
  • a signal time unit of the sensor signal is preferably mapped one to one or as a corresponding divisible time unit thereof to a signal time unit of the signal to be transmitted.
  • the signal time units of the sensor signal and the signal to be transmitted thus have the same time periods or time division ratios.
  • the invention provides in a further embodiment that two successive signal time units always have different characters from the assigned character set in the signal to be transmitted.
  • the implementation of this feature is achieved in that the character set of the channel code comprises at least one character more than the character set assigned to the sensor signal. In this way, a character can always be Change and thus a change of state take place, even if the sensor signal has the same sign and thus the same state over several signal time units. The same applies to decoding.
  • the continuous change of state for example in the signal to be transmitted, in turn now contributes to the fact that the working cycle of the remotely located output unit can advantageously be recovered in the receiving unit.
  • This is preferably done by means of a derivation unit. Since the time periods of the signal units of the sensor signal in the output unit and of the signal received by the receiving unit correspond and at least after each signal time unit there is a change of state, the receiving unit only needs to record the changes of state in the received signal in order to be able to derive the work cycle of the output unit. At the same time, however, the bandwidth is not increased, such as. B. in the Manchester coding introduced at the outset, since the time units for the individual bits (signal time units) can always be of the same duration or can be derived accordingly in the corresponding case described.
  • a communication system can be provided both in the output unit and in the receiving unit, which can use high-speed driver modules to tolerate all types of external faults mentioned in a bus line, and thus one Security against third-party connections guaranteed, which has not been provided in the prior art.
  • the invention has the advantage that no or only imprecise oscillators have to be used in the receiver. This allows a more economical overall arrangement. The inaccurate oscillators can be integrated on a chip. Standard bus high-speed drivers can also be used. The invention can always be used in a motor vehicle as soon as data are to be transmitted between two computing or control units.
  • the invention is used in particular where sensor data with a high degree of security from sensors distributed over the vehicle are connected to control units arranged in the vehicle center and these control units are to be supplied with sensor data.
  • the invention is used in occupant protection technology for high-speed transmission of sensor data from impact sensors arranged, for example, on the vehicle front or on the vehicle sides to an evaluation unit arranged in the vehicle center.
  • the impact sensors can be acceleration sensors with downstream signal processing and a corresponding interface, or they can also be pressure sensors.
  • FIG. 1 shows the block diagram of an arrangement with two combined output and reception units according to the invention
  • FIG. 2 shows a table for driver activation of an output unit according to the invention and a reception unit according to the invention
  • FIG. 3 shows an enlarged detail of the output unit according to the invention compared to FIG. 1;
  • 4 shows the logic circuit of a high-speed driver module, for example the output unit according to FIG. 3 in detail; 5 shows waveforms belonging to known coding methods;
  • FIG. 7 shows the course of a signal CHAN to be transmitted to a bus logically represented in FIG. 6d with regard to its physical course
  • FIG. 11 shows a status table belonging to the output unit according to FIG. 12;
  • FIG. 13 shows an enlarged detail of the receiving unit according to the invention compared to FIG. 1;
  • 15 is a table according to which the sampled signals RxA and RxB are assigned to the output value by logic, for example.
  • FIG. 1 shows the block diagram of an arrangement 4 with two combined output and reception units 4 according to the invention, which are connected via a transmission medium 3, which in turn has two bus lines 31 and 32.
  • the first output and reception unit 4 contains a microcontroller 13 with an interface 131, an encoder 11, a decoder 21 and two high-speed driver modules 12.
  • the high-speed drivers 12 are CAN drivers in the form of standard components that can use cables and connectors standardized according to DIN ISO 11898.
  • the high-speed drivers 12 are connected in anti-parallel with one another and with the transmission medium 3.
  • the CAN-HIGH output of the first high-speed driver 12 (component A) and the CAN-LOW output of the further high-speed driver 12 (component B) are connected to the first bus line 31.
  • the CAN-LOW output of the first high-speed driver 12 (component A) is connected to the CAN-HIGH output of the second high-speed driver 12 (component B) with the second bus line 32.
  • three bus states (HIGH, LOW and NULL) can be generated between the bus lines 31 and 32.
  • FIG. 2 shows a table for driver activation of the output unit 1 and receiver unit 2 according to the invention, from which, among other things, it can be seen how the inputs TxA and TxB of the driver 12 are to be assigned in order to obtain the bus states LOW, NULL and HIGH.
  • TxA should be controlled with "1" and at the same time TxB with "0".
  • TxB should be controlled with "1" and at the same time TxB with "0".
  • an output unit 1 comprising the coding unit 11 for converting a sensor signal DATA into outgoing transmission signals TxA and TxB.
  • SPI Serial Peripheral Interface
  • This SPI interface 131 makes it possible to read in and output data synchronously via a data and clock line.
  • Downstream of the coding unit 11 are the two high-speed driver modules 12 which are connected in anti-parallel with one another and which serve to connect the output unit 1 to the transmission channel 3 and to convert the outgoing transmission signals TxA and TxB into a signal CHAN to be output.
  • the input TxA is assigned to the first high-speed driver module 12, the input TxB to the second high-seed driver module 12.
  • the driver modules 12 are controlled via the signals TxA and TxB by the coding unit 11, which implements coding regulations according to the invention ,
  • the coding unit 11 works according to a first coding rule for normal operation with a detected equality of the voltages of the outgoing transmission signal TxA with an incoming reception signal RxA.
  • the output unit 1 has a comparison unit 111, which allows a voltage comparison of the outgoing transmit signals TxA and TxB with incoming receive signals RxA and RxB.
  • the coding unit 11 operates according to a second coding regulation when the inequality of the voltages of TxA and RxA or TxB and RxB detected by the comparison unit 111, that is to say in particular when at least one of the bus lines 31 and 32 is externally connected to GND or BAT.
  • FIG. 4 shows the logic circuit of a high-speed driver module 12, for example the output unit 1 according to FIG. 3, in detail.
  • 5 schematically shows associated signal profiles for the known coding methods already recognized in the introduction to the description.
  • 6 shows the signal curve of the coding method according to the invention for the normal operating mode of a coding unit 11.
  • Each character is represented by a discrete, electrical signal state.
  • 6a shows an exemplary binary sensor signal DATA over time t with exemplary four signal time units (bits), each with a time duration T.
  • the binary character set is exhausted by a "1" and a "0" sign.
  • the "1" sign is identified in the output unit 1 by a 5 volt voltage state, the "0" sign by a 0 volt voltage state.
  • the exemplary sensor signal DATA contains the following characters sequentially: “1", "0", "0", "1".
  • the outgoing transmission signals TxA and TxB associated with the sensor signal DATA according to FIG. 6a can be seen in FIGS. 6b and 6c and correspond to the tabular values for driver activation shown in FIG. 2.
  • the "1" sign preferably corresponds to a plus 5 volt voltage pulse, the "0" sign preferably corresponds to an O volt voltage state.
  • the signal CHAN which is associated with the outgoing transmission signals TxA and TxB and is converted by the driver modules 12, can be seen with regard to its logical course according to FIG. 6d.
  • a character set with three characters - HIGH, LOW, NULL - is provided for the signal CHAN to be transmitted.
  • Each signal time unit T of the signals DATA, TxA or TxB corresponds to a signal time unit T of the signal CHAN to be transmitted.
  • the bit times are thus the same in all signals, so that there is advantageously no increase or decrease in bandwidth.
  • the HIGH sign preferably corresponds to a plus 2 volt
  • the LOW sign preferably a minus 2 Volt voltage pulse
  • the ZERO sign preferably corresponds to an O volt voltage state.
  • the first coding rule for normal operation provides the following rules:
  • a "1" sign in the DATA sensor signal is always encoded in a HIGH sign in the outgoing transmission signal TxA or TxB.
  • a "0" sign in the DATA sensor signal is generally encoded in a LOW sign in the outgoing transmission signal TxA or TxB.
  • this further "0" character in the transmit signal TxA or TxB is not coded in a further LOW character, but in a NULL character , The same applies to two successive "1" characters in the
  • the preceding character is a ZERO character in the outgoing transmission signal TxA or TxB
  • coding is carried out according to the basic coding presented above, so that a further "0" character in the DATA sensor signal with a LOW character in the outgoing transmission signal TxA or TxB is encoded, or a following "1" character in the DATA sensor signal is encoded to a HIGH character in the outgoing transmission signal TxA or TxB.
  • Protection encompasses other encoding variants, of course.
  • B basically a "0" sign in the sensor signal can be converted into a HIGH sign in the outgoing transmission signal TxA or TxB.
  • the outgoing transmission signals TxA and TxB are converted into a signal CHAN to be output by the high-speed driver modules 12 connected in anti-parallel with one another.
  • FIG. 7 shows the course of the signal CHAN transmitted on a bus 3 logically represented in FIG. 6d with regard to its physical course, i.e. recorded after the
  • FIG. 8 shows how, in the case of a ternary signal, the termination of a bus line according to GND or Vbat has an effect when coding only according to the first coding regulation.
  • 8d shows the respective bus voltages. So the end of BUS_L to GND or BUS-H to Vbat is tolerated. However, the driver structure does not allow a termination from BUS_H to GND or BUS__L to Vbat. In these two cases, a sufficient bus differential voltage is not generated, which is shown in FIG. 8c - possibly with fatal consequences - which leads to a breakdown in communication.
  • 8b shows the characters sent by the transmitter and
  • FIG. 8a shows the characters recognized by the receiver.
  • FIGS. 9a and 9b show the respective signal curve of TxA and TxB in the event of an unequal tension between TxA and RxA or TxB and RxB.
  • This state can be detected by the comparison unit 111.
  • the comparison unit 111 thus recognizes that a dominant signal cannot be represented on the bus 3 and causes the outgoing signals TxA and TxB to be re-encoded using a time condition.
  • the resulting signal curve is shown in FIG. 9c.
  • the dotted line shows the coding in normal operating mode, ie without an external fault on bus 3.
  • a LIGH sign should follow a HIGH sign in the outgoing transmission signal.
  • the Bus_L line 32 was short-circuited to ground (GND) due to, for example, damage to the transmission channel 3 due to an accident. As a result, the Pending LOW character is no longer transferable.
  • the comparison unit 111 which preferably initiates a recoding after half a signal time unit T by changing the voltage of the character LOW which is about to be transmitted. Instead of a minus 2 volt voltage pulse, a pulse 2 volt voltage pulse is now generated, which in the present example begins with half a signal time unit and ends with a full signal time unit.
  • Such a “high character ⁇ thus has a time condition which allows a distinction from the characters of the previous character set (LOW, HIGH, NULL).
  • a LOW character to be transmitted is transcoded into a high character with time condition in the transmit signal TxA or TxB; in the event of an external fault, Bus_L 32 on BAT, a HIGH sign pending for transmission is transcoded into a low sign with time condition in the transmit signal TxA or TxB; in the event of an external short circuit, Bus_H 31 to GND, a HIGH sign pending for transmission is transcoded into a low sign with time condition in the transmit signal TxA or TxB; in the event of an external short circuit Bus_H 31 to BAT, a LOW character pending for transmission in the transmission signal TxA or TxB is transcoded into a high character with time condition; whereby a recessive NULL character is transmitted as a NULL character in each of the above foreign-circuit cases.
  • the channel coding for the special operating mode also advantageously allows work cycles to be recovered in the receiving unit 2 due to the regular change of state in the signal CHAN to be transmitted without the aid of an additional oscillator.
  • the coding ratio also does not reduce the signal-to-noise ratio when using the ISO 11898 high-speed layer. At most, there are steeper edges when changing from a HIGH sign to a LOW sign.
  • FIG. 10 shows how the end of a bus line according to GND or Vbat has an effect when coding according to the second coding rule for a ternary or higher-value signal.
  • the transmitter compares the transmitted signal with the received signal. In the event of an error, these are different.
  • the transmission logic recognizes this and in this case switches to the special operating mode and codes according to the second coding rule, in which only the recessive ZERO and one of the two dominant bus states low or high, but additionally transformed by a time condition, are used.
  • 10a shows what the receiver recognizes;
  • Fig. 10b shows what the transmitter previously sent.
  • the transformation by means of a time condition thus advantageously allows the receiver to interpret the characters differently from what the bus differential voltage, which is shown in FIG. 10c, would normally prescribe.
  • the respective bus voltages are shown in Fig. 10d.
  • a binary signal (“0", “1") is encoded into a ternary signal (LOW, HIGH, NULL) or a higher-order signal (LOW, HIGH, NULL, low, high) while maintaining the bit times or corresponding part-time units or recoded, that is, taking into account the change of state in the signal to be transmitted.
  • the channel encodings according to the invention use at least three characters / states on a transmission bus 3 for the representation of two data characters / states.
  • the coding described above can be implemented by software in a microcontroller or also in hardware, for example in a so-called state machine, which follows the status table according to FIG. 11.
  • Tx is the input signal of the coding unit 11 and thus corresponds to the sensor signal DATA.
  • the signals TxA and TxB correspond to the quantities Q2 and Ql in the table.
  • the transmission signals TxA and TxB are constantly compared with the reception signals RxA and RxB. If a voltage difference is found here, generates a signal "Fehler_A" (FA) or "Fehler_B" (FB), for example at the inputs of a flip-flop.
  • FA Frehler_A
  • FB Frehler_B
  • TxA (NOT) Tx + (NOT) Ql * Q2 * (NOT) FA + Ql * (NOT) Q2 * FA;
  • TxB Tx + Ql * (NOT) Q2 * (NOT) FB + (NOT) Ql * Q2 * FB;
  • TxA is "0" and RxA is "1"
  • the Bus_H line is GND or the Bus_L line is Vbat.
  • the transceiver 12 (component A) cannot transmit a signal.
  • the inverse state on bus 3 is set by a D flip-flop.
  • This flip-flop is not triggered like known flip-flops with the rising edge, but preferably with the falling edge of a system clock signal (S-CLK) of the SPI interface 131.
  • S-CLK system clock signal
  • the pulse duty factor is 50%, for example, this is preferably done after half the bit time.
  • the signal is preferably inverted at the latest after half the bit time.
  • FIG. 13 shows a section of a receiving unit 2 according to the invention, enlarged compared to FIG. 1, comprising the decoding unit 21 for converting incoming received signals RxA and RxB into a working signal DATA.
  • Upstream of the decoding unit 21 are two high-speed driver modules 22, which are connected in antiparallel with one another and shown in more detail in FIG. 4, for connecting the receiving unit 2 to the transmission channel 3 and converting the signal CHAN to be received into incoming reception signals RxA and RxB.
  • This transformation process is based on the state table according to FIG. 2 with respect to the outputs RxA and RxB of the driver 12.
  • the drivers 12 thus serve as a CAN bus transceiver.
  • the signals RxA and RxB are fed to the coding unit 21.
  • the received signals are decoded in the decoding unit 21 and fed as a working signal DATA to the microcontroller 23 for further processing via the interface 231.
  • the first decoding rule for normal operation provides the following rules: a LOW character in the received signal RxA or RxB is always converted into a "0" character or a "1" -
  • Characters decoded in the DATA working signal a HIGH sign in the received signal RxA or RxB is basically decoded into a "1" sign or a "0” sign in the working signal DATA; so that the character in the work signal DATA, which is derived from a NULL character in the receive signal RxA or RxB, is identical to the preceding character "0" or "1" of the work signal DATA.
  • the character currently pending for decoding is interpreted under the condition of a foreign shot if the time between two clock edges occurring is less than 0.6 times to 0.9 times, in particular less than 0.75 times, or is greater than 1.1 times to 1.4 times, in particular greater than 1.25 times, a signal time unit (T).
  • This second decoding rule for the special operating mode provides the following rules: in the event of an external fault Bus_L 32 to GND, a recoded high character with time condition is decoded into a LOW character; Bus_L 32 on in the event of an external fault
  • BAT a decoded low character with time condition is decoded into a HIGH character; in the event of an external fault Bus_H 31 at GND, a recoded low character with time condition is decoded into a HIGH character; in the event of an external fault Bus_H 31 at BAT, a recoded high character with time condition is decoded into a LOW character; where a recessive null character in is decoded as a NULL character in each of the above interference cases.
  • a work cycle STROBE is derived from the received signals RxA or RxB by means of a deriving unit 211, which in turn is fed back to the coding unit 11.
  • the decoding unit 21 is operatively connected to a detection unit 212, which detects the
  • the decoding unit 11 operates according to the first decoding rule for normal operation with the clock edges being detected by the detection unit 212 at a defined signal time unit T.
  • the decoding unit 21 operates with the asynchrony of the clock edges to the signal time unit T detected by the detection unit 212. This asynchrony corresponds to the time conditions already described above.
  • the further combined output and reception unit 4 is constructed symmetrically and in turn contains microcontroller 23 with interface 231, a coding unit 11, a decoding unit 21 and two high-speed drivers 22, all of whose functions have already been dealt with.
  • the data transmission follows the following sequence:
  • the microcontroller 13 sends a data sequence via the SPI interface 131.
  • the coding unit 11 converts these into outgoing transmission signals TxA or TxB, which are sometimes also referred to as so-called tri-state signals (TxA, TxB).
  • TxA, TxB tri-state signals
  • the CAN bus transceivers / drivers 12 then use these to generate the corresponding bus states.
  • the bus transceiver 12 of the further combined output and reception unit 4 receives the signal CHAN and converts it accordingly into the signals RxA and RxB.
  • the decoding unit 21 is clocked by the controller 23.
  • the clock must be more than twice the data rate.
  • the clock rate has no upper limit.
  • All components, in particular the coding 11 and decoding unit 21, can be implemented as hardware or as software in a microcontroller.
  • the components in operative connection can also be integrated in a common ASIC. Due to the high-speed application, implementation in hardware is found to be particularly advantageous.
  • the coding unit 11 does not end with a ZERO character but with a LOW character or a HIGH character.
  • the end bus state must be the idle state ZERO. There are several ways to ensure this: On the one hand, this end bus state can be achieved by a logical condition: If the number of bits of the same name last counted is odd, a pseudo bit of the same name is appended, which causes the coding unit to return to the ZERO state , This function can be carried out either in the microcontroller 13 and / or 23 or in the coding unit 11.
  • the coding unit 11 sets the ZERO state if no state change has occurred after a certain time.
  • 14 shows the process of clock recovery from the two input signals RxA and RxB in a derivation unit 211 that is operatively connected to the decoding unit 21. This is again done by detecting the edges.
  • 14a and 14b correspond to FIGS. 9a and 9b, ie the former show the case of unequal voltages of TxA and RxA or TxB and RxB on bus 3; the latter show the bus differential voltages of characters coded according to the second coding rule.
  • 14c shows clock edges detected with the aid of the detection unit 212. In Fig.
  • the masking of the edges in the middle of the bit is shown by means of a window, which correspond to a coding without an external fault on the bus.
  • 14e shows the remaining edges.
  • the signals are delayed and added by one character duration in order to obtain the clock signal.
  • a sampling signal can then be generated from the clock signal, with which the signals RxA and RxB can be sampled (FIG. 14g).
  • FIG. 15 shows a table according to which the sampled signals RxA and RxB are assigned by logic, for example to the output value.
  • the subject of the present invention which builds on the subject laid down in DE 101 32 048, the content of which is hereby expressly to be included in full, is particularly suitable for use in occupant protection technology for high-speed transmission of sensor data of various types in one Sensor satellite arranged in the motor vehicle and advantageously also ensures data transmission to an evaluation unit arranged, for example, in the vehicle center when the bus line 31, 32 in the CAN transmission channel 3 is subject to an external fault, for example due to an accident-related action the BUS_L- 32 or BUS_H line 31 is connected to GND or Vbat.

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Abstract

Im Kern der Erfindung steht die Nutzung einer ersten Codier- bzw. Decodiervorschrift für den Normalbetriebsfall und einer zweite Codier- bzw. Decodiervorschrift für einen Sonderbetriebsfall, wodurch in vorteilhafter Weise eine High-Speed-Datenübertragung von verschiedenartigen in einem Kraftfahrzeug angeordneter Satelliten an eine, beispielsweise im Fahrzeugzentrum angeordnete, Auswerteeinheit auch dann gewährleistet ist, wenn eine Busleitung (31, 32) im CAN-Übertragungskanal (3) beispielsweise aufgrund einer unfallbedingten Einwirkung einem Fremdschluss unterliegt, d.h. die BUS L- (32) bzw. BUS H-Leitung (31) an GND oder Vbat liegt. Die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere für eine Anwendung in der Insassenschutztechnologie.

Description

Beschreibung
Ausgabeeinheit, Empfangseinheit, Anordnung zur Datenübertragung in einem Kraftfahrzeug sowie Verfahren dazu
Die Erfindung betrifft eine Einheit zum Ausgeben eines Signals auf einen Übertragungskanal in einem Kraftfahrzeug, eine Einheit zum Empfangen eines Signals von einem Übertragungska- nal in einem Kraftfahrzeug, eine Anordnung zur Datenübertra- gung in einem Kraftfahrzeug über einen Übertragungskanal sowie ein Verfahren zur Datenübertragung bzw. Datenannahme in einem Kraftfahrzeug.
Kraftfahrzeuge weisen oftmals verteilte Steuer- oder Rechen- einheiten auf. unter solchen verteilten Steuer- oder Recheneinheiten versteht man gewöhnlich Einheiten, welche an unterschiedlichen Stellen im Kraftfahrzeug angeordnet sind. Diese Steuer- und Recheneinheiten sind aufgrund ihrer Notwendigkeit, Daten auszutauschen, über einen Übertragungskanal - be- rührungslos oder leitungsgebunden - miteinander verbünden. Dabei übertragen beispielsweise im Motorraum, in den Türen oder in Reifen angeordnete Sensoren Daten zu zentralen Recheneinheiten, welche die empfangenen Daten algorithmisch verwerten und entsprechend Aktoren betätigen.
Die leitungsgebundene Vernetzung von Steuer- oder Recheneinheiten mit Sensoreinheiten wird üblicherweise mittels eines Bussystems realisiert. Ein derartiges Bussystem ist beispielsweise der bekannte CAN-Bus (CAN = Controller Area Net- work) . Als Zugang zu dem Bus-Übertragungskanal sind spezielle Sende- und Empfangseinrichtungen bzw. Treiberbausteine, insb. sog. Transceiver, vorgesehen. Je nach Einsatz unterscheidet man zwischen einem High-Speed CAN mit Datenraten von 500 kBit/s, z.B. für den Antriebsstrang im Kraftfahrzeug und den sog. Low-Speed CAN mit Datenraten kleiner 125 kBit/s, beispielsweise 83 kBit/s, für den Bereich Carbody. Im Rahmen eines Verkehrsunfalls kann der CAN-Übertragungs- kanal beschädigt und kurz geschlossen werden. Man spricht hierbei auch vom Fremdschluss der Bus-Leitungen (Bus_L; Bus_H) des Übertragungskanals. Vier Fälle sind unterscheid- bar: Bus_L an Masse bzw. Grund (GND); Bus_L an Batterie (Vbat bzw. BAT) mit einer Spannung von z . Zt . 12V, demnächst 42V; Bus_H an GND und Bus_H an BAT. Anders als im Low-Speed- Bereich sind im High-Speed-Bereich derzeit keine fehlertolerante Treiberbausteine verfügbar bzw. tolerieren allenfalls zwei Fälle von Fremdschluss einer der Bus-Leitungen im Übertragungskanal: nämlich entweder Bus_H an BAT oder einen Schluss der Leitung Bus-L an GND. Dies hat zum Nachteil, dass die Übertragung von Sensorsignalen ausrechnet dann nicht gewährleistet ist, wenn dies unter Umständen lebenswichtig ist, insbesondere wenn es sich um Sensorsignale eines passiven Sicherheitssystems wie das eines Airbag-Systems, GurtstrafferSystems oder dergleichen handelt.
Gewöhnlich erfolgt die Datenübertragung zwischen den zuvor genannten Einheiten asynchron. Zu einer korrekten Rekonstruktion der Daten im Empfänger muss dieser deshalb die Taktinformation der sendenden Einheit kennen. Aufgrund dessen muss diese Taktinformation über die Übertragungsstrecke vom Sender zum Empfänger übertragen werden. Wird eine Taktinformation zusätzlich zur sonstigen Information übertragen, so nimmt die Übertragungsbandbreite zu. Die Datenübertragung weist einen Overhead auf.
Die in einer Einheit - beispielsweise einem Sensor - gene- rierten Daten werden zum Zwecke der Datenübertragung an einen entfernten Ort in dieser Einheit codiert. Die Fachwelt spricht hier auch von einer Kanalcodierung, welche die generierten Daten in eine für die Übertragung geeignete Form bringt. Dies erfolgt anhand einer Codierungsvorschrift, die das Sensorsignal in das zu übertragende Signal umcodiert. Im Folgenden wird der Begriff des Sensorsignals stets für das im Sender vorliegende Signal verwendet, dessen Information an den Empfänger übertragen werden soll.
In der Kraftfahrzeugtechnik werden solche Sensorsignale ge- wohnlich nach dem NRZ-Code oder dem Manchester-Code codiert und anschließend übertragen. Fig. 5 zeigt in diesem Zusammenhang diese bekannten Codierungsverfahren zur Datenübertragung in einem Kraftf hrzeug.
Fig. 5a zeigt dabei ein Sensorsignal DATA über der Zeit t, dessen Information über einen Übertragungskanal zu einem Empfänger übermittelt werden soll. Das Sensorsignal DATA ist dabei binär codiert, weist also einen Zeichenvorrat von zwei Zeichen auf, nämlich einer "0" und einer "1". Einzelne Sig- naleinheiten des Sensorsignal DATA weisen eine Dauer T auf.
Mehrere solche aneinander gereihte und mit jeweils einem Zeichen aus dem Zeichenvorrat belegte Signaleinheiten ergeben zusammen ein Datenwort, das physikalisch als Signal vorliegt, charakterisiert durch seine Spannungs- oder Stromzustände. Fig. 5b zeigt einen Arbeitstakt TAKT der sendenden Ausgabeeinheit über der Zeit t.
Die Figuren 5c und 5d zeigen zum Sensorsignal DATA zugehörige und nach bestimmten Codiervorschriften kanalcodierte zu über- tragende Signale CHAN, wobei Fig. 5c ein zu übertragendes
Signal CHAN zeigt, das nach der NRZ-Codierung aus dem Sensorsignal DATA gewonnen wurde. Diese Codierung ist zunächst eine 1 : 1-Abbildung des Sensorsignals. Bei dem UART (Universal A- synchronous Receive Transmit) - Standard wird der Empfänger nur durch ein Startsignal synchronisiert. Der im Empfänger vorgesehene freilaufende Oszillator zur Takterzeugung darf dabei einen vorgegebenen Toleranzbereich bis zur weiteren Synchronisation mit dem Sender durch ein weiteres Startsignal nicht verlassen. Dies erfordert entweder einen hochgenauen Oszillator in der Empfangseinheit, oder aber eine hochfrequente Synchronisation, was zu Lasten der Übertragungsbandbreite geht. Fig. 5d zeigt ein kanalcodiertes, zu übertragendes Signal CHAN, das durch Manchester-Codierung aus dem Sensorsignal DATA gewonnen wurde. Die Manchester-Codierung zeichnet sich dadurch aus, dass sie wie die NRZ-Codierung auf einen binären Zeichenvorrat zurückgreift. Innerhalb einer Signalzeiteinheit T des Sensorsignals sind im manchester-codierten Signal jedoch zwei Zeichen/Signalzustände vorgesehen. Der Wechsel von einem Zeichen des Sensorsignals zu seinem komplementären Zei- chen im darauffolgenden Signalzustand setzt der Manchester- Code durch einen Phasenwechsel um. Damit bietet der Manchester-Code zwar die Möglichkeit einer Taktrückgewinnung im Empfänger innerhalb eines theoretischen Toleranzbereiches von 50 %. Diese Option der Taktrückgewinnung wird aber durch eine Bandbreitenverdoppelung erkauft, da eine Signaleinheit (Bit) des Sensorsignals durch zwei Signalzustände während derselben Zeitdauer T im zu übertragenden Signal dargestellt wird.
Aus der WO 98/52 792 - A ist eine Kanalcodierung auf Basis einer Strommodulation bekannt. Dabei weist die Kanalcodierung einen Zeichenvorrat von drei Zeichen auf, HIGH, LOW und Null. Das Sensorsignal sieht einen binären Code vor. Gemäß der Codierungsvorschrift werden Einsen des Sensorsignals abwechselnd in HIGH- und LOW-Pulse im zu übertragenden Signal co- diert. NULLen des Sensorsignals bleiben NULL-Pegel im zu ü- bertragenden Signal.
Bei diesem bekannten Datenübertragungsverfahren wird der zeitliche Mittelwert der zu übertragenden Signale konstant gehalten. Aus dem zu übertragenden Signal kann jedoch kein Arbeitstakt abgeleitet werden.
Aus der EP 0 384 258 A2 ist ein Datenübertragungsverfahren bekannt, bei dem ein binäres Sensorsignal mittels eines AMI (Alternate Mark Inversion) -Codes in Verbindung mit einer
Pulsweitenmodulation kanalcodiert wird. Dabei wird zunächst das Sensorsignal pulsweitenmoduliert, bevor das derart gebil- dete pulsweitenmodulierte Signal der Alternate Mark Inversion unterzogen wird.
Nachteilig an diesem Datenübertragungsverfahren ist die ge- genüber dem Sensorsignal erhöhte Bandbreite im zu übertragenden Signal. Zudem werfen die durch die Pulsweitenmodulation erzeugten schmalen Pulse Probleme hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) auf.
Zur Verminderung dieser Probleme ist in der DE 101 32 048 vorgeschlagen, eine Kanalcodierung derart auszubilden, dass der Code für das über den Kanal zu übertragende Signal zumindest ein Zeichen mehr in seinem Zeichenvorrat enthält, als derjenige Zeichenvorrat, aus dem das Sensorsignal gebildet wird, dessen Information letztendlich übertragen werden soll. So kann z.B. für das Sensorsignal ein binärer Code vorgesehen sein, dann wird das zu übertragende Signal zumindest aus einem ternären Code gebildet, d.h. es stehen drei unterschiedliche Zeichen, die beispielsweise durch drei unterschiedliche Signalzustände auf der Leitung wiedergegeben werden, zur Bildung eines Signals zur Verfügung. Allgemein stehen für das Sensorsignal n Zeichen zur Verfügung, mit n als ganzer Zahl, für das zu übertragende Signal zumindest n+1 Zeichen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Übertragung von Daten in einem Kraftfahrzeug, eine zugehörige Ausgabeeinheit sowie eine zugehörige Empfangseinheit und ein Datenübertragungs- bzw. annahmeverfahren anzugeben, bei dem bei Nutzung eines High-Speed CAN die Fremdschlussfestigkeit beider Busleitungen (Bus_L, Bus_H) sowohl gegen GND als auch gegen BAT garantiert wird. Zudem soll die Übertragungsbandbreite gering gehalten und dennoch hinreichende Information über den Arbeitstakt zur Empfangseinheit übertragen werden.
Der die Ausgabeeinheit betreffende Teil der Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst . Der die Empfangseinheit betreffende Teil der Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 10 gelöst.
Der die Anordnung betreffende Teil der Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 18 gelöst.
Der die Verfahren betreffende Teil der Erfindungsaufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 19 oder 20 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche.
Die erfindungsgemäße, nach verschiedenen fallabhängigen - weiter unten niedergelegten - Codiervorschriften arbeitende, Ausgabeeinheit zum Ausgeben eines Signals CHAN auf einen Ü- bertragungskanal, gebildet aus wenigstens zwei Busleitungen, in einem Kraftfahrzeug, umfasst: eine fehlertolerante Codier- einheit zur Umsetzung eines Sensorsignals DATA in abgehende Sendesignale TxA bzw. TxB; wenigstens zwei der Codiereinheit nachgeordneten antiparallel miteinander verschaltete High- Seed-Treiberbausteine zur Anbindung der Ausgabeeinheit an den Übertragungskanal und Umsetzung der Sendesignale TxA bzw. TxB in das auszugebende Signal CHAN; sowie eine Vergleichseinheit, die einen Spannungsvergleich der abgehenden Sendesignale TxA und TxB mit ankommenden Empfangssignalen RxA und RxB gestattet.
Die erfindungsgemäße, nach verschiedenen fallabhängigen - weiter unten niedergelegten - Decodiervorschriften arbeitende, Empfangseinheit zum Empfangen eines Signals CHAN von einem Übertragungskanal, gebildet aus wenigstens zwei Busleitungen, in einem Kraftfahrzeug, umfasst: eine Decodiereinheit zur Umsetzung ankommender Empfangssignale RxA und RxB in ein Arbeitssignal DATA; wenigstens zwei der Decodiereinheit vorgeschalteten antiparallel miteinander verschalteten High- Speed-Treiberbausteine zur Anbindung der Empfangseinheit an den Übertragungskanal und Umsetzung des anzunehmenden Signals CHAN in ankommende Empfangssignale RxA und RxB; sowie eine Detektionseinheit, welche die Detektion von Taktflanken aus den ankommenden Empfangssignalen RxA und RxB gestattet.
Die Anordnung zur Datenübertragung in einem Kraftfahrzeug ü- ber einen Übertragungskanal, umfassend wenigstens zwei Busleitungen macht erfindungsgemäß von einer Ausgabeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und einer Empfangseinheit nach einem der Ansprüche 10 bis 17 gebrauch.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Datenübertragung bzw. Datenannahme in einem Kraftfahrzeug zeichnet sich insbesondere durch den Gebrauch einer ersten Codiervorschrift bzw. Deco- diervorschrift für einen Normalbetriebsmodus und einer zweiten Codiervorschrift bzw. Decodiervorschrift für einen Sonderbetriebsmodus aus.
Dabei erfolgt die Kanalcodierung erfindungsgemäß mittels einer ersten Codiervorschrift für den Normalbetriebsmodus bei durch die Vergleichseinheit detektierter Gleichheit der Spannungen von TxA und RxA bzw. TxB und RxB. Eine zweite Codiervorschrift ist erfindungsgemäß vorgesehen bei entsprechend detektierter Ungleichheit der genannten Spannungen, also bei Fremdschluss einer der Busleitungen BUS_L oder BUS_H an Masse (GND) oder Batterie (Vbat) .
Die Kanaldecodierung erfolgt erfindungsgemäß mittels einer ersten Decodiervorschrift für den Normalbetrieb der Dekodiereinheit bei durch die Detektionseinheit zu einer definierten Signalzeiteinheit T detektierten Synchronität der Taktflanken. Eine zweite Decodiervorschrift ist erfindungsgemäß vorgesehen bei einer entsprechend detektierter Asynchronität be- sagter Taktflanken zur definierten Dauer der Signalzeiteinheit T. In beiden Fällen erfolgt die Kanaldecodierung erfindungsgemäß dergestalt, dass der Code für das decodierte Arbeitssignal DATA einen Zeichenvorrat von lediglich n Zeichen vorsieht, wenn der Zeichenvorrat für das anzunehmende Signal CHAN bzw. die ankommenden Empfangssignale RxA und RxB wenigstens n+1 Zeichen aufweisen.
Ebenso erfolgt die Kanalcodierung in beiden Fällen erfindungsgemäß dergestalt, dass der Code für die abgehenden Sen- designale TxA und TxB bzw. das über den Kanal zu übertragende Signal CHAN zumindest ein Zeichen mehr in seinem Zeichenvorrat enthält, als derjenige Zeichenvorrat, aus dem das Sensorsignal DATA gebildet wird, dessen Information letztendlich ü- bertragen werden soll. Ist für das Sensorsignal ein binärer Code vorgesehen, so wird das zu übertragende Signal zumindest aus einem ternären Code gebildet, d.h. es stehen wenigstens drei unterschiedliche Zeichen, die beispielsweise durch drei unterschiedliche Signalzustände auf der Leitung wiedergegeben werden, zur Bildung eines Signals zur Verfügung. Allgemeiner formuliert stehen für das Sensorsignal n Zeichen zur Verfügung, mit n als ganzer Zahl, für das zu übertragende Signal zumindest n+1 Zeichen.
Des weiteren ist festzuhalten, dass vorzugsweise eine Signal- Zeiteinheit des Sensorsignals vorzugsweise Eins zu Eins oder als dazu korrespondierende teilbare Zeiteinheit davon auf eine Signalzeiteinheit des zu übertragenden Signals abgebildet wird. Damit weisen die Signalzeiteinheiten von Sensorsignal und zu übertragendem Signal gleiche Zeitdauern bzw. Zeitteil- Verhältnisse auf. Darüber hinaus sieht die Erfindung in einer weiteren Ausgestaltung vor, dass im zu übertragenden Signal zwei aufeinanderfolgende Signalzeiteinheiten stets unterschiedliche Zeichen aus dem zugeordneten Zeichenvorrat aufweisen. Die Umsetzung dieses Merkmals wird dadurch erreicht, dass der Zeichenvorrat des Kanalcodes wenigstens ein Zeichen mehr umfasst als der dem Sensorsignal zugeordnete Zeichenvorrat. Somit kann im zu übertragenden Signal stets ein Zeichen- Wechsel und damit ein Zustandswechsel erfolgen, selbst wenn das Sensorsignal über mehrere Signalzeiteinheiten hinweg das gleiche Zeichen und damit den gleichen Zustand aufweist. Entsprechendes gilt für die Decodierung.
Der fortwährende Zustandswechsel beispielsweise im zu übertragenden Signal trägt seinerseits nun wiederum dazu bei, dass in der Empfangseinheit in vorteilhafter Weise der Arbeitstakt der entfernt angeordneten Ausgabeeinheit ohne wei- teres zurückgewonnen werden kann. Dies erfolgt bevorzugt mittels einer Ableiteinheit. Da sich die Zeitdauern der Signaleinheiten des Sensorsignals in der Ausgabeeinheit sowie des von der Empfangseinheit empfangenen Signals entsprechen und zumindest nach jeder Signalzeiteinheit ein Zustandswechsel erfolgt, brauchen von der Empfangseinheit lediglich die Zustandswechsel im empfangenen Signal erfasst werden, um den Arbeitstakt der Ausgabeeinheit ableiten zu können. Gleichzeitig wird jedoch nicht die Bandbreite erhöht, wie z. B. bei der eingangs vorgestellten Manchester-Codierung, da die Zeit- einheiten für die einzelnen Bits (Signalzeiteinheiten) stets gleichdauernd bzw. im beschriebenen korrespondierenden Fall entsprechend ableitbar sind.
Vorteil der Erfindung ist, dass aufgrund sich ändernder Be- triebsmodi sowohl in der Ausgabeeinheit als auch in der Empfangseinheit ein Kommunikationssystem bereitgestellt werden kann, dass unter Verwendung von High-Speed-Treiberbausteinen alle eingangs genannten Arten von Fremdschlüssen in einer Busleitung tolerieren kann und somit eine Sicherheit gegen Fremdschlüsse garantiert, wie sie im Stand der Technik bislang nicht bereitgestellt ist. Zudem hat die Erfindung zum Vorteil, dass keine bzw. nur ungenaue Oszillatoren im Empfänger verwendet werden müssen. Dies gestattet eine kostengünstigere Gesamtanordnung. Die ungenauen Oszillatoren können auf einen Chip integriert werden. Ferner können Standardbus-High- Speed-Treiber verwendet werden. Die Erfindung kann stets dann im Kraftfahrzeug Anwendung finden, sobald Daten zwischen zwei Rechen- oder Steuereinheiten zu übertragen sind. Dabei findet die Erfindung insbesondere dort Anwendung, wo Sensordaten mit einem hohen Maß an Sicher- heit von über das Fahrzeug verteilten Sensoren an im Fahrzeugzentrum angeordneten Steuereinheiten angeschlossen und diese Steuereinheiten mit Sensordaten zu versorgen sind. Insbesondere findet die Erfindung Anwendung in der Insassen- schutztechnologie zur High-Speed-Übertragung von Sensordaten von beispielsweise an der Fahrzeugfront oder an den Fahrzeugseiten angeordneten Aufprallsensoren zu einer im Fahrzeugzentrum angeordneten Auswerteeinheit. Die Aufprallsensoren können dabei Beschleunigungssensoren mit nachgeschalteter Signalverarbeitung und entsprechendem Interface sein, oder a- ber auch Drucksensoren.
Ausführungsbeispiele der Erfindung und vorteilhafte Weiterbildungen werden anhand der Zeichnungen im Folgenden näher erläutert .
Es zeigen schematisch:
Fig. 1 das Blockschaltbild einer Anordnung mit zwei kombinierten erfindungsgemäßen Ausgabe- und Empfangsein- heiten;
Fig. 2 eine Tabelle zur Treiberaktivierung einer erfindungsgemäßen Ausgabeeinheit und einer erfindungsgemäßen Empfangseinheit;
Fig. 3 einen gegenüber Fig. 1 vergrößerten Ausschnitt der erfindungsgemäßen Ausgabeeinheit ;
Fig. 4 die Logikschaltung eines High-Speed-Treiberbausteins, beispielsweise der Ausgabeeinheit nach Fig. 3 im Detail; Fig. 5 Signalverläufe zugehörig zu bekannten Codierverfahren;
Fig. 6 den Signalverlauf des erfindungsgemäßen Codierverfah- rens für den Normalbetriebsmodus;
Fig. 7 zeigt den in Fig. 6d logisch dargestellten Verlaufs eines auf einen Bus zu übertragenen Signals CHAN hinsichtlich seines physikalischen Verlaufs;
Fig. 8 wie bei einem ternären Signal sich der Schluss einer Busleitung nach GND oder Vbat bei Codierung nur nach der ersten Codiervorschrift auswirkt;
Fig. 9 den Signalverlauf des erfindungsgemäßen Codierverfahrens für den Sonderbetriebsmodus;
Fig. 10 wie bei einem ternären oder höherwertigen Signal sich der Schluss einer Busleitung nach GND oder Vbat bei Codierung nach der zweiten Codiervorschrift auswirkt;
Fig. 11 eine zur Ausgabeeinheit nach Fig. 12 zugehörige Zustandstabelle;
Fig. 12 Bestandteile einer Ausgabeeinheit;
Fig. 13 einen gegenüber Fig. 1 vergrößerten Ausschnitt der erfindungsgemäßen Empfangseinheit;
Fig. 14 den Vorgang der Taktrückgewinnung; und
Fig. 15 eine Tabelle, nach welcher die abgetasteten Signale RxA und RxB durch eine Logik beispielsweise dem Ausgangswert zugeordnet werden.
Gleiche Elemente oder Signale erhalten figurenübergreifend die gleichen Bezugszeichen. Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild einer Anordnung 4 mit zwei kombinierten erfindungsgemäßen Ausgabe- und Empfangseinheiten 4 , die über ein Übertragungsmedium 3 verbunden sind, welches seinerseits zwei Busleitungen 31 und 32 aufweist. Die erste Ausgabe- und Empfangseinheit 4 enthält einen Mikrocontroller 13 mit einer Schnittstelle 131, einen Codierer 11, einen De- codierer 21 sowie zwei High-Speed-Treiberbausteine 12. Die High-Speed-Treiber 12 sind CAN-Treiber in Form von Standard- bauteilen, die nach DIN ISO 11898 standardisierte Kabel und Stecker verwenden können. Die High-Speed-Treiber 12 sind antiparallel miteinander und mit dem Übertragungsmedium 3 verschaltet. Dabei sind der CAN-HIGH-Ausgang des ersten High- Speed-Treibers 12 (Baustein A) und der CAN-LOW-Ausgang des weiteren High-Speed-Treibers 12 (Baustein B) mit der ersten Busleitung 31 verbunden. Ebenso sind der CAN-LOW-Ausgang des ersten High-Speed-Treibers 12 (Baustein A) mit dem CAN-HIGH- Ausgang des zweiten High-Speed-Treibers 12 (Baustein B) mit der zweiten Busleitung 32 verbunden. In Folge dieser Ver- schaltung der High-Speed-Treiberbausteine 12 können drei Buszustände (HIGH, LOW und NULL) zwischen den Busleitungen 31 und 32 erzeugt werden.
Fig. 2 zeigt eine Tabelle zur Treiberaktivierung der erfin- dungsgemäßen Ausgabeeinheit 1 sowie Empfangseinheit 2, aus welcher u. a. hervorgeht, wie die Eingänge TxA und TxB der Treiber 12 zu belegen sind, um die Busstände LOW, NULL und HIGH zu erhalten. Dabei ist beispielsweise für einen LOW- Buszustand TxA mit "1" und gleichzeitig TxB mit "0" anzusteu- ern. Eine derartige Verschaltung der High-Speed-Treiber 12 ist nur erlaubt, wenn ausgeschlossen wird, dass die beiden Treiber 12 nicht aktiv unterschiedliche Potentiale treiben. Gemäß Tabelle Fig. 2 muss ein Zustand verhindert werden, bei dem beide Treibereingänge TxA und TxB nicht belegt sind. Da- bei ist Tx = 5 Volt der rezessive und Tx = 0 Volt der dominante Zustand. Fig. 3 zeigt in einem gegenüber Fig. 1 vergrößerten Ausschnitt eine erfindungsgemäße Ausgabeeinheit 1, umfassend die Codiereinheit 11 zur Umsetzung eines Sensorsignals DATA in abgehende Sendesignale TxA und TxB. Die zu übertragende Da- teninformation wird als Sensorsignal DATA von dem Mikrocont- roller 13 über dessen SPI-Schnittstelle 131 (SPI = Serial Pe- ripheral Interface) an die Codiereinheit 11 geliefert. Diese SPI-Schnittstelle 131 ermöglicht es, Daten synchron über eine Daten- und Taktleitung einzulesen und auszugeben. Der Codier- einheit 11 nachgeordnet sind die zwei antiparallel miteinander verschaltete High-Speed-Treiberbausteine 12, welche der Anbindung der Ausgabeeinheit 1 an den Übertragungskanal 3 sowie einer Umsetzung der abgehenden Sendesignale TxA und TxB in ein auszugebendes Signal CHAN dienen. Dazu ist der Eingang TxA dem ersten High-Speed-Treiberbaustein 12 zugeordnet, der Eingang TxB dem zweiten High-Seed-Treiberbaustein 12. Die An- steuerung der Treiberbausteine 12 über die Signale TxA und TxB erfolgt durch die Codiereinheit 11, welche erfindungsgemäße Codiervorschriften umsetzt. So arbeitet die Codierein- heit 11 nach einer ersten Codiervorschrift für den Normalbetrieb bei einer detektierten Gleichheit der Spannungen des abgehenden Sendesignals TxA mit einem ankommenden Empfangssignal RxA. Ebenso erfolgt ein Vergleich von TxB mit RxB. Hierzu weist die Ausgabeeinheit 1 eine Vergleichseinheit 111 auf, welche einen Spannungsvergleich der abgehenden Sendesignale TxA und TxB mit ankommenden EmpfangsSignalen RxA und RxB gestattet. Anstatt nach der ersten Codiervorschrift arbeitet die Codiereinheit 11 nach einer zweiten Codiervorschrift bei durch die Vergleichseinheit 111 detektierter Ungleichheit der Spannungen von TxA und RxA bzw. TxB und RxB, also insb. bei Fremdschluss wenigstens einer der Busleitungen 31 bzw. 32 an GND oder BAT.
Fig. 4 zeigt die Logikschaltung eines High-Speed-Treiberbau- steins 12, beispielsweise der Ausgabeeinheit 1 nach Fig. 3 im Detail . Fig. 5 zeigt schematisch zugehörige Signalverläufe zu den bereits in der Beschreibungseinleitung gewürdigten bekannten Codierverfahren .
Fig. 6 zeigt den Signalverlauf des erfindungsgemäßen Codierverfahrens für den Normalbetriebsmodus einer Codiereinheit 11. Dabei wird jedes Zeichen durch einen diskreten, elektrischen Signalzustand repräsentiert. So zeigt Fig. 6a ein beispielhaftes binäres Sensorsignal DATA über der Zeit t mit beispielhaften vier Signalzeiteinheiten (bits) , jeweils von einer Zeitdauer T. Der binäre Zeichenvorrat erschöpft sich in einem "1"- und einem "0"-Zeichen. Das "1"-Zeichen ist in der Ausgabeeinheit 1 durch einen 5 Volt-Spannungszustand gekennzeichnet, das "0"-Zeichen durch einen 0 Volt- Spannungszustand. Das beispielhafte Sensorssignal DATA enthält sequentiell folgende Zeichen: "1", "0", "0", "1".
Die zum Sensorsignal DATA nach Fig. 6a zugehörigen abgehenden Sendesignale TxA bzw. TxB sind in Fig. 6b bzw. 6c ersichtlich und entsprechen den in Fig. 2 niedergelegten tabellarischen Werten zur Treiberaktivierung. Das "1"-Zeichen entspricht vorzugsweise einem Plus-5-Volt-Spannungspuls, das "0"-Zeichen vorzugsweise einem O-Volt-Spannungszustand.
Das zu den abgehenden Sendesignalen TxA und TxB zugehörige, durch die Treiberbausteine 12 gewandelte zu übertragende Signal CHAN ist hinsichtlich seines logischen Verlaufs gemäß Fig. 6d ersichtlich. Grundsätzlich ist für das zu übertragende Signal CHAN ein Zeichenvorrat mit drei Zeichen - HIGH, LOW, NULL - vorgesehen. Jeder Signalzeiteinheit T der Signale DATA, TxA bzw. TxB entspricht eine Signalzeiteinheit T des zu übertragenden Signals CHAN. Die Bit-Zeiten sind also in allen Signalen gleich, so dass in vorteilhafter Weise keinerlei Bandbreitenerhöhung oder -Verringerung erfolgt. Das HIGH- Zeichen entspricht vorzugsweise einem Plus-2-Volt-
Spannungspuls, das LOW-Zeichen vorzugsweise einem Minus-2- Volt-Spannungspuls, das NULL-Zeichen entspricht vorzugsweise einem O-Volt-Spannungszustand.
Die erste Codiervorschrift für den Normalbetrieb sieht fol- gende Regeln vor:
Ein "1"-Zeichen im Sensorsignal DATA wird grundsätzlich in ein HIGH-Zeichen im abgehenden Sendesignal TxA bzw. TxB codiert. Ein "0"-Zeichen im Sensorsignal DATA wird grundsätz- lieh in ein LOW-Zeichen im abgehenden Sendesignal TxA bzw. TxB codiert. Folgt allerdings auf ein "0"-Zeichen im Eingangssignal DATA ein weiteres "0"-Zeichen, so wird dieses weitere "0"-Zeichen im Sendesignal TxA bzw. TxB nicht in ein weiteres LOW-Zeichen codiert, sondern in ein NULL-Zeichen. Gleiches gilt für zwei aufeinander folgende "1"-Zeichen im
Sensorsignal DATA. Auch hier wird ein auf ein "1"-Zeichen unmittelbar folgendes "1"-Zeichen durch ein NULL-Zeichen im abgehenden Sendesignal TxA bzw. TxB codiert.
Ist jedoch im abgehenden Sendesignal TxA bzw. TxB das vorhergehende Zeichen ein NULL-Zeichen, so wird nach der oben vorgestellten grundsätzlichen Codierung codiert, so dass ein weiteres "0"-Zeichen im Sensorsignal DATA mit einem LOW- Zeichen im abgehenden Sendesignal TxA bzw. TxB codiert wird, bzw. ein folgendes "1"-Zeichen im Sensorsignal DATA zu einem HIGH-Zeichen im abgehenden Sendesignal TxA bzw. TxB codiert wird.
Vom Schutz mit umfasst sind natürlich auch andere Codierungs- Varianten, wobei z. B. grundsätzlich ein "0"-Zeichen im Sensorsignal in ein HIGH-Zeichen im abgehenden Sendesignal TxA bzw. TxB umgesetzt werden kann.
Mit dieser Art der Codierung kann stets ein Zustandswechsel auf dem Übertragungsmedium 3 zwischen zwei Signalzeiteinheiten erzeugt werden. Zwischen zwei Bits entsteht also jedenfalls eine Flanke. Bei jeglicher vom Schutz umfasster Codie- rung muss also sichergestellt sein, dass nach jeder Signalzeiteinheit ein Zustandswechsel stattfindet.
Die Umsetzung der abgehenden Sendesignale TxA und TxB in ein auszugebendes Signal CHAN erfolgt durch die antiparallel miteinander verschalteten High-Speed-Treiberbausteine 12.
Fig. 7 zeigt den in Fig. 6d logisch dargestellten Verlaufs des auf einem Bus 3 übertragenen Signals CHAN hinsichtlich seines physikalischen Verlaufs, d.h. aufgezeichnet nach den
Verläufen der Signalpotentiale auf den einzelnen Busleitungen 31 und 32, also bezüglich eines zweidrahtigen Übertragungsmediums. Die Differenzspannung zwischen diesen beiden Busleitungen 31 und 32 liefert die Signalpegel des zu übertragenen Signals CHAN.
Fig. 8 zeigt, wie bei einem ternären Signal sich der Schluss einer Busleitung nach GND oder Vbat bei Codierung nur nach der ersten Codiervorschrift auswirkt. Die jeweiligen Busspan- nungen zeigt Fig. 8d. So wird zwar der Schluss von BUS_L auf GND oder BUS-H auf Vbat toleriert. Die Treiberstruktur erlaubt jedoch nicht einen Schluss von BUS_H auf GND oder BUS__L auf Vbat. In diesen beiden Fällen wird keine ausreichende Busdifferenzspannung erzeugt, was Fig. 8c zeigt - ggf. mit fatalen Konsequenzen - zum Erliegen der Kommunikation führt. Im Einzelnen zeigt Fig. 8b die vom Transmitter gesendeten Zeichen und Fig. 8a die vom Receiver erkannten Zeichen.
Fig. 9 zeigt den Signalverlauf des erfindungsgemäßen Codier- Verfahrens für den Sonderbetriebsmodus einer Codiereinheit
11. Fig. 9a bzw. Fig. 9b zeigen den jeweiligen Signalverlauf von TxA und TxB im Fall einer Ungleichheit der Spännungen von TxA und RxA bzw. TxB und RxB. Dieser Zustand ist durch die Vergleichseinheit 111 detektierbar . Die Vergleichseinheit 111 erkennt also, dass ein dominantes Signal nicht am Bus 3 repräsentiert werden kann und veranlasst eine Umcodierung der abgehenden Signale TxA und TxB unter Hinzuziehung einer Zeit- bedingung. Den daraus resultierenden Signalverlauf zeigt Fig. 9c. Zum Vergleich zeigt die gepunktete Linie die Codierung im Normalbetriebsmodus, d.h. ohne Fremdschluss am Bus 3. Einem HIGH-Zeichen im abgehenden Sendesignal sollte ein LOW-Zeichen folgen. Aufgrund einer z.B. unfallbedingten Schädigung des Ü- bertragungskanals 3 wurde die Bus_L-Leitung 32 an Masse (GND) kurzgeschlossen. Das zur Übertragung anstehende LOW-Zeichen ist in Folge dessen nicht mehr übertragbar. Dies wird von der Vergleichseinheit 111 erkannt, welche vorzugsweise nach einer halben Signalzeiteinheit T eine Umcodierung veranlasst, indem sie das zur Übertragung anstehende Zeichen LOW hinsichtlich seiner Spannung verändert. An Stelle eines Minus-2-Volt-Span- nungspulses wird nunmehr ein Puls-2-Volt-Spannungspuls erzeugt, welcher im vorliegenden Beispiel bei einer halben Sig- nalzeiteinheit beginnt und bei einer vollen Signalzeiteinheit endet. Ein derartiges „high-Zeichenλ weist also eine Zeitbedingung auf, welche eine Unterscheidung von den Zeichen des bisherigen Zeichensatzes (LOW, HIGH, NULL) gestattet. Freilich können auch high-Zeichen mit anderen zweckmäßigen Zeit- bedingungen generiert werden, als die zuvor beispielhaft erwähnte. Je nach Anwendung hat sich als Vorteilhaft herausgestellt, das gerade zur Übertragung anstehende Zeichen (LOW, HIGH) im Bereich zwischen 40% und 60% oder auch zwischen 30% und 70% der Signalzeiteinheit T auf die andere Polarität um- zuschalten. Ebenso ist von Vorteil, die vom Zeitpunkt des Polaritätswechsels unabhängige Detektion des Fremdschlusses nicht erst nach einer halben Signalzeiteinheit, sondern schon früher, beispielsweise nach 40% oder deutlicher vorverlagert schon nach 30% oder gar 20% der Signalzeiteinheit T erfolgen zu lassen. Freilich sind auch Sicherheitsroutinen denkbar, welche beispielweise vorgebbare Toleranzbereiche bei der de- tektierten Ungleichheit der Spannungen von TxA und TxB prüfen. Derartig ausgebildete Zeitbedingungsregeln können somit in vorteilhafter Weise unterschiedlichsten Rahmenbedingungen Rechnung tragen. Die zweite Codiervorschrift für den Sonderbetriebsmodus sieht folgende Regeln vor:
Im Fremdschluss-Fall Bus_L 32 an GND wird ein zur Übertragung anstehendes LOW-Zeichen im Sendesignal TxA bzw. TxB in ein high-Zeichen mit Zeitbedingung umcodiert; im Fremdschluss- Fall Bus_L 32 an BAT wird ein zur Übertragung anstehendes HIGH-Zeichen im Sendesignal TxA bzw. TxB in ein low-Zeichen mit Zeitbedingung umcodiert; im Fremdschluss-Fall Bus_H 31 an GND wird ein zur Übertragung anstehendes HIGH-Zeichen im Sendesignal TxA bzw. TxB in ein low-Zeichen mit Zeitbedingung umcodiert; im Fremdschluss-Fall Bus_H 31 an BAT ein zur Übertragung anstehendes LOW-Zeichen im Sendesignal TxA bzw. TxB in ein high-Zeichen mit Zeitbedingung umcodiert wird; wobei ein rezessives NULL-Zeichen in jedem der vorstehenden Fremd- schluss-Fälle als NULL-Zeichen übertragen wird.
Wie schon bei der beschriebenen Kanalcodierung für den Normalbetriebsmodus erlaubt auch die Kanalcodierung für den Sonderbetriebsmodus in vorteilhafter Weise eine Rückgewinnung von Arbeitstakten in der Empfangseinheit 2 aufgrund der regelmäßigen Zustandswechsel im zu übertragenden Signal CHAN ohne Zuhilfenahme eines zusätzlichen Oszillators.
Der Rauschabstand wird durch die Codierungen bei Verwendung des ISO 11898 High-Speed-Layers ebenfalls nicht verringert. Es stehen allenfalls steilere Flanken beim Übergang von einem HIGH-Zeichen zu einem LOW-Zeichen.
Fig. 10 zeigt wie bei einem ternären oder höherwertigen Signal sich der Schluss einer Busleitung nach GND oder Vbat bei Codierung nach der zweiten Codiervorschrift auswirkt. Mit diesem Ansatz können in vorteilhafter Weise alle vier Fehlerfälle toleriert werden. Die rezessive NULL wird in allen Fäl- len übertragen. Bei den anderen beiden dominanten Zeichen
HIGH und LOW vergleicht der Sender das gesendete mit dem empfangenen Signal. Im Fehlerfall sind diese unterschiedlich. Die Sendelogik erkennt dies und stellt in diesem Fall auf den Sonderbetriebsmodus um und codiert nach der zweiten Codiervorschrift, bei welcher nur die rezessive NULL und einer der beiden dominanten Buszustände low oder high, allerdings zu- sätzlich transformiert durch eine Zeitbedingung, verwendet werden. Was der Receiver erkennt zeigt Fig. 10a; was der Transmitter zuvor sendete zeigt Fig. 10b. Die Transformation mittels einer Zeitbedingung erlaubt dem Receiver also in vorteilhafter Weise eine andere Interpretation der Zeichen, als wie dies die Busdifferenzspannung, welche in Fig. 10c dargestellt sind, normalerweise vorgeben würde. Die jeweiligen Busspannungen zeigt Fig. lOd.
Zusammenfassend wird also ein binäres Signal ("0", "1") in ein ternäres Signal (LOW, HIGH, NULL) oder höherwertiges Signal (LOW, HIGH, NULL, low, high) unter Beibehaltung der Bitzeiten bzw. dazu korrespondierender Teilzeiteinheiten codiert bzw. umcodiert, also unter Beachtung der Zustandswechsel im zu übertragenden Signal. Die erfindungsgemäßen Kanalcodierun- gen verwenden schließlich wenigstens drei Zeichen/Zustände auf einem Übertragungsbus 3 für die Darstellung zweier Datenzeichen/Zustände. Damit wird im Wertebereich ein Overhead von log2 3 = 1,58 = 36 % erzielt. Dagegen wird bei einem Manchester-Code vier Zustände (2 Bit) für die Darstellung von zwei Datenzuständen benötigt. Deshalb wird im Zeitbereich ein 0- verhead von log2 4 = 2 = 50 % erzielt.
Die zuvor beschriebene Codierung kann per Software in einem MikroController oder auch in Hardware, beispielsweise in ei- ner sog. Statemachine, realisiert werden, welche der Zustandstabelle nach Fig. 11 folgt. Dabei ist Tx das Eingangssignal der Codiereinheit 11 und entspricht damit dem Sensorsignal DATA. Die Signale TxA und TxB entsprechen in der Tabelle den Größen Q2 bzw. Ql . Die Sendesignale TxA und TxB werden ständig mit den Empfangssignalen RxA und RxB verglichen. Wird hier ein Spannungsunterschied festgestellt, wird ein Signal „Fehler_A" (FA) oder „Fehler_B" (FB), beispielsweise an den Eingängen eines Flip-Flops, erzeugt.
Aus der Zustandstabelle nach Fig. 11 können folgende Aus- gangsgleichungen gewonnen werden.
TxA = (NOT)Tx + (NOT)Ql * Q2 * (NOT) FA + Ql * (NOT)Q2 * FA; TxB = Tx + Ql * (NOT)Q2 * (NOT) FB + (NOT)Ql * Q2 * FB;
Fig. 12. zeigt eine Umsetzung dieser Gleichungen in eine Logikschaltung einer Ausgabeeinheit 1. Ist beispielsweise TxA "0" und RxA "1" wird erkannt, dass die Leitung Bus_H auf GND oder die Leitung Bus_L auf Vbat liegt. Der Transceiver 12 (Baustein A) kann kein Signal übertragen. In diesem Fall wird durch ein D-Flip-Flop der inverse Zustand am Bus 3 eingestellt. Dieses Flip-Flop wird nicht wie bekannte Flip-Flops mit der steigenden Flanke, sondern vorzugsweise mit der fallenden Flanke eines System-Clock-Signals (S-CLK) der SPI- Schnittstelle 131 getriggert. Wenn das Tastverhältnis bei- spielsweise 50% beträgt, geschieht dies vorzugsweise nach der Hälfte der Bitzeit. Ebenfalls wird im Fall das TxB "0" und RxB "1" ist das Signal vorzugsweise spätestens nach der halben Bitzeit invertiert.
Fig. 13 zeigt einen gegenüber Fig. 1 vergrößerten Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Empfangseinheit 2, umfassend die Decodiereinheit 21 zur Umsetzung ankommender Empfangssignale RxA und RxB in ein Arbeitssignal DATA. Der Decodiereinheit 21 vorgeschaltet sind zwei antiparallel miteinander verschalte- te, in Fig. 4 detaillierter dargestellte, High-Speed- Treiberbausteine 22 zur Anbindung der Empfangseinheit 2 an den Übertragungskanal 3 und Umsetzung des anzunehmenden Signals CHAN in ankommende Empfangssignale RxA und RxB. Zugrunde liegt diesem Transformationsvorgang wiederum die Zustandsta- belle nach Fig. 2 bezüglich der Ausgänge RxA und RxB der Treiber 12. Die Treiber 12 dienen damit als CAN-Bustrans- ceiver . Die Signale RxA und RxB werden der Codiereinheit 21 zugeleitet. Die empfangenen Signale werden in der Decodiereinheit 21 decodiert und als Arbeitssignal DATA über die Schnittstelle 231 dem Mikrocontroller 23 zur weiteren Verarbeitung zugeführt .
Die erste Decodiervorschrift für den Normalbetrieb sieht folgende Regeln vor: ein LOW-Zeichen im Empfangssignal RxA bzw. RxB wird grundsätzlich in ein "0"-Zeichen oder ein "1"-
Zeichen im Arbeitssignal DATA decodiert; ein HIGH-Zeichen im Empfangssignal RxA bzw. RxB wird grundsätzlich in ein "1"- Zeichen oder ein "0"-Zeichen im Arbeitssignal DATA decodiert; so dass das Zeichen im Arbeitssignal DATA, das aus einem NULL-Zeichen im Empfangssignal RxA bzw. RxB abgeleitet wird, gleichlautend ist mit dem vorhergehenden Zeichen "0" oder "1" des Arbeitssignals DATA.
Das gerade zur Decodierung anstehende Zeichen wird jedoch un- ter der Bedingung eines Fremdschusses interpretiert, wenn die Zeit zwischen zwei auftretenden Taktflanken kleiner als das 0,6-fache bis 0,9-fache, insbesondere kleiner als das 0,75- fache, oder größer als das 1,1-fache bis 1,4-fache, insbesondere größer als das 1,25-fache, einer Signalzeiteinheit (T) ist.
Diese zweite Decodiervorschrift für den Sonderbetriebmodus sieht folgende Regeln vor: im Fremdschluss-Fall Bus_L 32 an GND wird ein umcodiertes high-Zeichen mit Zeitbedingung in ein LOW-Zeichen decodiert; im Fremdschluss-Fall Bus_L 32 an
BAT wird ein umcodiertes low-Zeichen mit Zeitbedingung in ein HIGH-Zeichen decodiert; im Fremdschluss-Fall Bus_H 31 an GND wird ein umcodiertes low-Zeichen mit Zeitbedingung in ein HIGH-Zeichen decodiert; im Fremdschluss-Fall Bus_H 31 an BAT wird ein umcodiertes high-Zeichen mit Zeitbedingung in ein LOW-Zeichen decodiert; wobei eine rezessive NULL-Zeichen in jedem der vorstehenden Fremdschluss-Fälle als NULL-Zeichen decodiert wird.
Ferner wird mittels einer Ableiteinheit 211 aus den empfange- nen Signalen RxA bzw. RxB ein Arbeitstakt STROBE abgeleitet, welcher seinerseits wieder der Codiereinheit 11 zugeführt wird.
Die Decodiereinheit 21 steht schließlich mit einer Detektion- seinheit 212 in Wirkverbindung, welche die Detektion von
Taktflanken aus den ankommenden EmpfangsSignalen RxA und RxB gestattet. So arbeitet die Decodiereinheit 11 nach der ersten Decodiervorschrift für den Normalbetrieb bei durch die Detektionseinheit 212 zu einer definierten Signalzeiteinheit T de- tektierten Synchronität der Taktflanken. Nach der zweiten Decodiervorschrift für den Sonderbetriebsmodύs arbeitet die Decodiereinheit 21 bei durch die Detektionseinheit 212 detektierter Asynchronität der Taktflanken zur Signalzeiteinheit T. Diese Asynchronität korrespondiert mit den schon oben be- schriebenen Zeitbedingungen.
Die weitere kombinierte Ausgabe- und Empfangseinheit 4 ist symmetrisch aufgebaut und enthält ihrerseits wiederum Mikro- controller 23 mit Schnittstelle 231, eine Codiereinheit 11, eine Decodiereinheit 21 sowie zwei High-Speed-Treiber 22, deren sämtliche Funktionen bereits behandelt wurden.
Beispielhaft folgt also die Datenübertragung folgendem Ablauf: Der Mikrocontroller 13 sendet eine Datenfolge über die SPI-Schnittstelle 131 ab. Die Codiereinheit 11 wandelt diese in abgehende Sendesignale TxA bzw. TxB um, welche mitunter auch als sogenanntes Tri-State-Signale (TxA, TxB) bezeichnet werden. Daraus erzeugen die CAN-Bus-Transceiver/Treiber 12 dann die entsprechenden Buszustände. Die Bustransceiver 12 der weiteren kombinierten Ausgabe- und Empfangseinheit 4 empfängt das Signal CHAN und wandelt es entsprechend in die Signale RxA und RxB um. Die Decodiereinheit 21 bzw. die mit ihr in Wirkverbindung stehende Ableiteinheit 211 des Empfängers 2 erzeugt daraus das Arbeitssignal DATA, das im übrigen gleich dem Eingangssignal DATA sein sollte, sowie den Arbeitstakt STROBE, welche über die SPI-Schnittstelle 231 dem Mikrocont- roller 23 zugeführt werden.
Die Decodiereinheit 21 wird von dem Controller 23 getaktet. Der Takt muss mehr als doppelt so groß sein wie die Datenrate. Die Taktrate hat nach oben keine Begrenzung.
Alle Bauteile, insb. aber die Codier- 11 wie auch Decodiereinheit 21, können als Hardware implementiert werden oder a- ber auch als Software in einem Mikrocontroller . Natürlich können die in Wirkverbindung stehenden Bauteile auch in einem gemeinsamen ASIC integriert sein. Aufgrund der High-Speed- Anwendung wird eine Realisierung in Hardware als besonders vorteilhaft herausgestellt.
Je nach Anzahl der nacheinander zu übertragenden Bits und des Datums kann es dazu kommen, dass die Codiereinheit 11 nicht bei einem NULL-Zeichen, sondern bei einem LOW-Zeichen oder einem HIGH-Zeichen endet. Bei einem Mehrfachzugriff auf das Busmedium 3 muss der Endbuszustand jedoch der Idlezustand NULL sein. Es gibt mehrere Möglichkeiten um dies sicherzu- stellen: Zum einen kann dieser Endbuszustand durch eine logische Bedingung erreicht werden: Wenn die Anzahl der gleichnamigen zuletzt gezählten Bits ungerade ist, wird ein gleichnamiges Pseudobit angehängt, durch welches die Codiereinheit wieder in den NULL-Zustand zurückkehrt. Diese Funktion kann entweder im Mikrocontroller 13 und/oder 23 oder in der Codiereinheit 11 durchgeführt werden.
Alternativ kann eine weitere Zeitbedingung eingeführt werden: Die Codiereinheit 11 stellt den NULL-Zustand ein, wenn nach einer bestimmten Zeit keine Zustandsänderung aufgetreten ist. Fig. 14 zeigt den Vorgang der Taktrückgewinnung aus den beiden Eingangssignalen RxA und RxB in einer mit der Decodiereinheit 21 in Wirkverbindung stehenden Ableiteinheit 211. Dies geschieht wiederum durch Detektion der Flanken. Dabei entsprechen Fig. 14a und Fig. 14b den Fig. 9a sowie Fig. 9b, d.h. erstere zeigen den Fall ungleicher Spannungen von TxA und RxA bzw. TxB und RxB am Bus 3; letztere zeigen die Busdifferenzspannungen von nach der zweiten Codiervorschrift codierter Zeichen. Fig. 14c zeigt mit Hilfe der Detektionsein- heit 212 detektierte Taktflanken. In Fig. 14d ist das Ausblenden der Flanken in der Bitmitte mittels Fenster, welcher einer Codierung ohne einen Fremdschluss am Bus entsprechen, dargestellt. Fig. 14e zeigt die verbleibenden Flanken. Gemäß Fig. 14f werden zur Gewinnung des Taktsignals die Signale um eine Zeichendauer verzögert und addiert. Aus dem Taktsignal lässt sich dann ein Abtastsignal erzeugen, mit welchem die Signale RxA und RxB abgetastet werden können (Fig. 14g) .
Fig. 15 zeigt eine Tabelle, nach welcher die abgetasteten Signale RxA und RxB durch eine Logik beispielsweise dem Ausgangswert zugeordnet werden.
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung, welcher auf dem in der DE 101 32 048 niedergelegten Gegenstand aufbaut, deren Inhalt hiermit ausdrücklich vollumfänglich mitumfasst sein soll, eignet sich insbesondere für eine Anwendung in der In- sassenschutztechnologie zur High-Speed-Übertragung von Sensordaten verschiedenartiger in einem Kraftfahrzeug angeordneter Sensor-Satelliten und gewährleistet in vorteilhafter Wei- se auch dann eine Datenübertragung an eine beispielsweise im Fahrzeugzentrum angeordnete Auswerteeinheit, wenn die Busleitung 31, 32 im CAN-Übertragungskanal 3 beispielsweise aufgrund einer unfallbedingten Einwirkung einem Fremdschluss unterliegt, d.h. die BUS_L- 32 bzw. BUS_H-Leitung 31 an GND o- der Vbat liegt.

Claims

Patentansprüche
1. Einheit (1) zum Ausgeben eines Signals (CHAN) auf einen Übertragungskanal (3) , umfassend wenigstens zwei Buslei- tungen (31, 32), in einem Kraftfahrzeug, mit einer fehlertoleranten Codiereinheit (11) zur Umsetzung eines Sensorsignals (DATA) in abgehende Sendesignale (TxA, TxB) ; mit wenigstens zwei der Codiereinheit (11) nachge- schalteten antiparallel miteinander verschalten High-
Speed-Treiberbausteinen (12) zur Anbindung der Ausgabeeinheit (1) an den Übertragungskanal (3) und Umsetzung der Sendesignale (TxA, TxB) in das auszugebende Signal (CHAN) ; - mit einer Vergleichseinheit (111) , die einen Spannungsvergleich der abgehenden Sendesignale (TxA, TxB) mit ankommenden Empfangssignalen (RxA, RxB) gestattet; mit einer ersten Codiervorschrift für den Normalbetriebsmodus der Codiereinheit (11) bei durch die Ver- gleichseinheit (111) detektierter Gleichheit der Spannungen von TxA und RxA bzw. TxB und RxB; und mit einer zweiten Codiervorschrift für einen Sonderbetriebsmodus der Codiereinheit (11) bei durch die Vergleichseinheit (111) detektierter Ungleichheit der Spannungen von TxA und RxA bzw. TxB und RxB, also insb. bei Fremdschluss einer der Busleitungen (31, 32) an GND oder BAT; wobei die Codiervorschriften für die abgehenden Sendesignale (TxA, TxB) einen Zeichenvorrat von zumindest n+1 Zeichen (LOW, HIGH, NULL) vorsehen, wenn der Zeichenvorrat für das Sensorsignal (DATA) n Zeichen ("0", "1") aufweist.
2. Ausgabeeinheit (1) nach Anspruch 1, bei der jedes Zeichen ("0", "1", LOW, HIGH, NULL, low, high) durch einen diskreten, elektrischen Signalzustand repräsentiert wird, wobei im detektierten Fall eines Fremdschlusses im Übertragungskanal (3) gerade zur Übertragung anstehende LOW- oder HIGH-Zeichen im Sendesignal (TxA, TxB) hinsichtlich ihrer Spannung veränderbar sind.
3. Ausgabeeinheit (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Zeichenvorrat für das Sensorsignal (DATA) wenigstens zwei unterschiedliche Zeichen ("0", "1") aufweist und der Zeichenvorrat für das Sende- (TxA, TxB) , Empfangs- (RxA, RxB) und das auszugebende Signal (CHAN) wenigstens drei (LOW, HIGH, NULL) , vorzugsweise vier, insbesondere fünf (LOW, HIGH, NULL, low, high) , unterschiedliche Zeichen.
4. Ausgabeeinheit (1) nach Anspruch 1 bis 3, bei der die Detektion eines Fremdschlusses im Übertragungskanal (3) spätestens nach einer halben Signalzeiteinheit (T) , vorzugsweise bereits nach 40 %, insbesondere spätestens nach 30 % der Signalzeiteinheit (T) , erfolgt.
5. Ausgabeeinheit (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der bei Detektion eines Fremdschlusses die Veränderung der Zeichen (LOW, HIGH) dergestalt erfolgt, dass zwischen 30% bis 70% der Signalzeiteinheit (T) , vorzugsweise zwischen 40 % bis 60%, insbesondere bei 50% der Signalzeiteinheit (T) , das zur Übertragung anstehende
Zeichen (LOW, HIGH) auf eine andere Polarität umschaltbar ist.
6. Ausgabeeinheit (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die zweite Codiervorschrift dergestalt ausgebildet ist, dass: im Fremdschluss-Fall Bus_L (32) an GND ein zur Übertragung anstehendes LOW-Zeichen im Sendesignal (TxA, TxB) in ein high-Zeichen mit Zeitbedingung umcodiert wird; im Fremdschluss-Fall Bus_L (32) an BAT ein zur Übertragung anstehendes HIGH-Zeichen im Sendesignal (TxA, TxB) in ein low-Zeichen mit Zeitbedingung umcodiert wird; im Fremdschluss-Fall Bus_H (31) an GND ein zur Übertragung anstehendes HIGH-Zeichen im Sendesignal (TxA, TxB) in ein low-Zeichen mit Zeitbedingung umcodiert wird; im Fremdschluss-Fall Bus_H (31) an BAT ein zur Übertragung anstehendes LOW-Zeichen im Sendesignal (TxA, TxB) in ein high-Zeichen mit Zeitbedingung umcodiert wird; und
- ein rezessives NULL-Zeichen in jedem der vorstehenden Fremdschluss-Fälle als NULL-Zeichen übertragen wird.
7. Ausgabeeinheit (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der zumindest die erste Codiervorschrift für die mit einem Zeichen belegte Signalzeiteinheit des Sensorsignals (DATA) eine Signalzeiteinheit mit gleicher Dauer (T) im Sende- (TxA, TxB) , Empfangs- (RxA, RxB) und auszugebenden Signal (CHAN) vorsieht.
Ausgabeeinheit (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der beide Codiervorschriften für zwei aufeinanderfolgende Signalzeiteinheiten (T) im Sendesignal (TxA, TxB) unterschiedliche Zeichen vorsehen.
9. Ausgabeeinheit (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die erste Codiervorschrift dergestalt ausgebildet ist, dass ein "0"-Zeichen im Sensorssignal (DATA) grund- sätzlich in ein LOW-Zeichen oder ein HIGH-Zeichen im
Sendesignal (TxA, TxB) codiert wird; dass ein "1"-Zeichen im Sensorsignal (DATA) grundsätzlich in ein HIGH-Zeichen oder ein LOW-Zeichen im Sendesignal (TxA, TxB) codiert wird; - dass ein auf ein "0"-Zeichen folgendes "0"-Zeichen im Sensorsignal (DATA) in ein NULL-Zeichen im Sendesignal (TxA, TxB) codiert wird, sofern nicht bereits das vor- hergehende Zeichen im Sendesignal (TxA, TxB) ein NULL- Zeichen war; dass ein auf ein "1"-Zeichen folgendes "1"-Zeichen im Sensorsignal (DATA) in ein NULL-Zeichen im Sendesignal (TxA, TxB) codiert wird, sofern nicht bereits das vorhergehende Zeichen im Sendesignal (TxA, TxB) ein NULL- Zeichen war; und dass gemäß der grundsätzlichen Codierung codiert wird, wenn das vorangegangene Zeichen im Sendesignal (TxA, TxB) ein NULL-Zeichen war.
10. Einheit (2) zum Empfangen eines Signals (CHAN) von einem Übertragungskanal (3) , umfassend wenigstens zwei Busleitungen (31, 32), in einem Kraftfahrzeug, - mit einer Decodiereinheit (21) zur Umsetzung ankommender Empfangssignale (RxA, RxB) in ein Arbeitssignal (DATA) ; - mit wenigstens zwei der Decodiereinheit (21) vorgeschalteten antiparallel miteinander verschalten High- Speed-Treiberbausteinen (12) zur Anbindung der Empfangseinheit (2) an den Übertragungskanal (3) und Um¬ setzung des anzunehmenden Signals (CHAN) in ankommende Empfangssignale (RxA, RxB) ; mit einer Detektionseinheit (212), welche die Detekti- on von Taktflanken aus den ankommenden Empfangsignalen
(RxA, RxB) .gestattet; mit einer ersten Decodiervorschrift für den Normalbetriebsmodus der Dekodiereinheit (21) bei durch die Detektionseinheit (212) zu einer definierten Signalzeit- einheit (T) detektierten Synchronität der Taktflanken; mit einer zweiten Decodiervorschrift für einen Sonderbetriebsmodus der Dekodiereinheit (21) bei durch die Detektionseinheit (212) detektierten Asynchronität der Taktflanken zur Signalzeiteinheit (T) ; - wobei die Decodiervorschriften für das Arbeitssignal (DATA) einen Zeichenvorrat von n Zeichen ("0", "1") vorsehen, wenn der Zeichenvorrat' für die ankommenden Empfangssignale (RxA, RxB) wenigstens n+1 Zeichen (LOW, HIGH, NULL) aufweisen.
11. Empfangseinheit (2) nach Anspruch 10, bei der jedes Zeichen ("0", "1", LOW, HIGH, NULL, low, high) durch einen diskreten, elektrischen Signalzustand repräsentiert wird.
12. Empfangseinheit (2) nach Anspruch 10 oder 11, bei der der Zeichenvorrat für das Arbeitssignal (DATA) wenigstens zwei unterschiedliche Zeichen ("0", "1") aufweist und der Zeichenvorrat für das Empfangs- (RxA, RxB) und das anzunehmende Signal (CHAN) wenigstens drei (LOW, HIGH, NULL) , vorzugsweise vier, insbesondere fünf (LOW, HIGH, NULL, low, high) , unterschiedliche Zeichen.
13. Empfangseinheit (2) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei der, wenn die Zeit zwischen zwei auftretenden Taktflanken kleiner als das 0,6-fache bis 0,9-fache, insbe- sondere kleiner als das 0,75-fache, oder größer als das 1,1-fache bis 1,4-fache, insbesondere größer als das 1,25-fache, einer Signalzeiteinheit (T) ist, das gerade zur Decodierung anstehende Zeichen unter der Bedingung eines Fremdschusses interpretiert wird.
14. Empfangseinheit (2) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei der die zweite Decodiervorschrift dergestalt ausgebildet ist, dass im Fremdschluss-Fall Bus_L (32) an GND ein umcodiertes high-Zeichen mit Zeitbedingung in ein LOW-Zeichen decodiert wird; im Fremdschluss-Fall Bus_L (32) an BAT ein umcodiertes low-Zeichen mit Zeitbedingung in ein HIGH-Zeichen decodiert wird; - im Fremdschluss-Fall Bus_H (31) an GND ein umcodiertes low-Zeichen mit Zeitbedingung in ein HIGH-Zeichen decodiert wird; im Fremdschluss-Fall Bus_H (31) an BAT ein umcodiertes high-Zeichen mit Zeitbedingung in ein LOW-Zeichen decodiert wird; und eine rezessive NULL-Zeichen in jedem der vorstehenden Fremdschluss-Fälle als NULL-Zeichen decodiert wird.
15. Empfangseinheit (2) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, bei der zumindest die erste Decodiervorschrift für die mit einem Zeichen belegte Signalzeiteinheit des Empfangs- Signals (RxA, RxB) und des anzunehmenden Signals (CHAN) eine Signalzeiteinheit mit gleicher Dauer (T) im Arbeitssignal (DATA) vorsieht.
16. Empfangseinheit (2) nach einem der Ansprüche 10 bis 15, bei der die erste Decodiervorschrift dergestalt ausgebildet ist, dass ein LOW-Zeichen im Empfangssignal (RxA, RxB) grundsätzlich in ein "0"-Zeichen oder ein "1"-Zeichen im Arbeitssignal (DATA) decodiert wird, - dass ein HIGH-Zeichen im Empfangssignal (RxA, RxB) grundsätzlich in ein "1"-Zeichen oder ein "0"-Zeichen im Arbeitssignal (DATA) decodiert wird, dass das Zeichen im Arbeitssignal (DATA) , das aus einem NULL-Zeichen im Empfangssignal (RxA, RxB) abgelei- tet wird, gleichlautend ist mit dem vorhergehenden
Zeichen ("0" oder "1") des Arbeitssignals (DATA) .
17. Em fangseinheit (2) nach einem der Ansprüche 10 bis 16, mit einer Einheit (211) zum Ableiten eines Taktsignals (STROBE) aus den ankommenden Empfangssignalen (RxA, RxB) .
18. Anordnung (4) zur Datenübertragung in einem Kraftfahrzeug über einen Übertragungskanal (3) , umfassend wenigstens zwei Busleitungen (31, 32) , - mit einer Ausgabeeinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9; und mit einer Empfangseinheit (2) nach einem der Ansprüche 10 bis 17.
19. Verfahren zur Datenübertragung in einem Kraftfahrzeug, bei dem ein Sensorsignal (DATA) mittels einer Ausgabeeinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 in ein zu übertragendes Signal (CHAN) codiert wird; bei dem derart gebildete Signale (CHAN) zu einer Empfangseinheit (2) übertragen werden.
20. Verfahren zur Datenannahme in einem Kraftf hrzeug, bei dem ein, insb. nach Anspruch 19 gebildetes, anzunehmendes Signal (CHAN) mittels einer Empfangseinheit (2) nach einem der Ansprüche 10 bis 17 in ein Arbeitsignal (DATA) decodiert wird.
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