WO2010049403A2 - Steuer- und regelgerät und verfahren zum austausch von steuer- und regelsignalen - Google Patents

Steuer- und regelgerät und verfahren zum austausch von steuer- und regelsignalen Download PDF

Info

Publication number
WO2010049403A2
WO2010049403A2 PCT/EP2009/064106 EP2009064106W WO2010049403A2 WO 2010049403 A2 WO2010049403 A2 WO 2010049403A2 EP 2009064106 W EP2009064106 W EP 2009064106W WO 2010049403 A2 WO2010049403 A2 WO 2010049403A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
control
optical
regulating device
transceivers
coupling means
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2009/064106
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2010049403A3 (de
Inventor
Volker Eichenseher
Hans Hurt
Friedrich Ruf
Horst Simon
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aumovio Germany GmbH
Original Assignee
Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Automotive Technologies GmbH filed Critical Continental Automotive Technologies GmbH
Publication of WO2010049403A2 publication Critical patent/WO2010049403A2/de
Publication of WO2010049403A3 publication Critical patent/WO2010049403A3/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/43—Arrangements comprising a plurality of opto-electronic elements and associated optical interconnections
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/80—Optical aspects relating to the use of optical transmission for specific applications, not provided for in groups H04B10/03 - H04B10/70, e.g. optical power feeding or optical transmission through water
    • H04B10/801—Optical aspects relating to the use of optical transmission for specific applications, not provided for in groups H04B10/03 - H04B10/70, e.g. optical power feeding or optical transmission through water using optical interconnects, e.g. light coupled isolators, circuit board interconnections
    • H04B10/803—Free space interconnects, e.g. between circuit boards or chips

Definitions

  • the invention relates to a control and regulating device and a method for exchanging control and regulating signals.
  • the control and regulating device has a central control unit.
  • the central control unit forms a semiconductor integrated circuit.
  • the central control unit is arranged on at least one circuit board.
  • at least one driver unit for monitoring and controlling at least one application is arranged in the control unit.
  • the driver unit interacts on the one hand with the central control unit and on the other hand with the application.
  • the object of the invention is to provide a control and regulating device and method for the exchange of control and regulating signals, with which the electrical data lines and data connections can be reduced despite increasing amounts of data to be transmitted.
  • a control and regulating device and a method for exchanging control and regulating signals are provided.
  • the control and regulating device on a central control unit, which has an integrated
  • Semiconductor circuit is disposed on at least one circuit board. At least one further semiconductor integrated circuit is arranged in the control and regulating device. The further semiconductor integrated circuit cooperates with the central control unit.
  • the central control unit has a first optical transceiver and the further semiconductor integrated circuit has a further optical transceiver.
  • the transceivers are optically coupled for data exchange via an optical coupling means.
  • This controller has the advantage that it has a high electromagnetic due to the optical coupling Compatibility and does not cause any electromagnetic emission.
  • the first transceiver can be arranged at a minimum distance or even on the central control unit, namely on the first semiconductor integrated circuit, while the further optical transceiver with its semiconductor integrated circuit can be arranged anywhere remote from the central semiconductor circuit as long as an optical coupling exists , This results in a high flexibility for the spatial arrangement of both the two transceivers and the associated semiconductor integrated circuits on a circuit board. It is a further advantage that optical coupling via transceivers and optical coupling means can transmit a higher data rate than electrical ones
  • optical connections offer further possibilities for exchanging data, for example by unidirectional communication, in which a first semiconductor chip sends electrical data to an optical transmitter.
  • the transmitter transforms the electrical signals into optical signals and transmits them to an optical receiver of another semiconductor integrated circuit, wherein the optical receiver transforms the optical signals into electrical signals, which are then received by the further integrated semiconductor circuit and, for example, switched or switched
  • This transformation to switching and actuating signals is preferably carried out by a driver unit.
  • bidirectional communication is also possible, for example via two optical coupling paths, in which both an optical transmitter and an optical receiver are arranged on each side, so that signals can be transmitted simultaneously in both directions, wherein the bidirectional communication is associated with each semiconductor device an optical transmitter and an optical receiver.
  • An optical coupling can be carried out in different media and with different coupling means.
  • These media can be vacuum, air atmosphere or an inert gas atmosphere.
  • inert gas atmosphere both the first transceiver and the second transceiver are housed in a hermetically sealed housing filled with inert gas such as nitrogen or rare gas.
  • inert gas such as nitrogen or rare gas.
  • a reflective planar reflective surface can be used, which is disposed within a housing of the control and regulating device and couples the radiation regions of the arranged on a circuit board transceiver.
  • optical components which have a broad radiation or detection angle are used as transmitter and receiver.
  • Another approach is to employ an optical coupling means having a reflective curved surface disposed within the housing of the controller and coupling the radiation areas of the circuit board transceivers. It is advantageous to attach the reflective optical coupling means opposite the circuit board.
  • the reflective optical coupling means is preferably arranged in a housing cover opposite a circuit board on a housing bottom.
  • the housing cover of the control and regulating device has a stable construction for fixing the reflective surfaces.
  • fiber optic coupling means provide much greater flexibility.
  • fiber optic coupling agents may preferably
  • Optical waveguide in the form of translucent and light-concentrating fibers are provided. Since such fibers are very flexible, the two transceivers can be constructed in different spatial positions to each other. As a result, the design options are broadened, especially since a precise adjustment between the optical sensor, reflective optical coupling means and optical receiver in a fiber optic coupling means does not have to be assumed.
  • the optical waveguide is embedded in a plastic material in a preferred embodiment of the invention and the ends of the optical waveguide protrude at positions of the plastic mass, which on positions of the radiation areas of optical transceivers the circuit board are aligned.
  • the optical path partly through the atmosphere of the control unit.
  • the optical waveguide is placed with its first end on the surface of the optical transceiver and its second end is connected to an optical coupling block of the control and
  • Optically coupled control device via which the optical signals can be sent to optical receiver or transceiver outside of the control and regulation device.
  • the second ends can, before they are fed to a coupling block, with an optical multiplexer within the control and
  • Be connected control device and the optical multiplexer can pass, for example, by pulse code modulation signals of multiple optical fibers via a common external optical fiber.
  • Converter be connected to the transmission of electrical signals.
  • the electronic control and regulating device only has a coupling block for external electrical connections.
  • an optical multiplexer is arranged in the control and regulating device whose optical pulse code modeled signals are converted by an optoelectronic converter into electrical signals and these are then forwarded to the external terminals, which protrude from the control and regulating device.
  • the central control unit has a plurality of first semiconductor integrated circuits, which interact with a plurality of first transceivers and with a plurality of further transceivers, wherein the plurality of first and further transceivers are optically coupled via optical coupling means.
  • control and regulating devices are used in a motor vehicle as a motor control and regulating devices.
  • a control and regulating device can also be used in industrial automation or be installed in consumer electronic devices.
  • a motor control and regulating device such a device with internal optical coupling means has the advantage that this engine control unit in addition to the monitoring and control of the different operating conditions of the engine can also control other components of the vehicle, such as the anti-lock braking system of the vehicle, the heating and air conditioning system Exhaust system of the vehicle with the different ⁇ probes of a multi-way catalytic converter, the pedal sensor of the vehicle and a variety of pressure and
  • Temperature information to be evaluated and processed in terms of data Due to the optical coupling, the number of monitored functions of a motor or a vehicle is no longer limited as before, because a high data rate can be transferred via the optical coupling.
  • control and regulating device is arranged in the motor vehicle as an engine control unit, both the high-pressure fuel pump and the
  • Low-pressure fuel pump controls, monitors the boost pressure, controls the camshaft timing and the camshaft stroke or the cooling water flow rate and controls much more on the engine and the associated units.
  • a method for exchanging control and regulating signals in a control and regulating device comprises the following method steps. First, sensor data sets are received in a central control unit.
  • Sensor data sets are cached in the central control unit and processed into driver signal data in the central control unit. Subsequently, the Driver signal data is transformed into optical signals and these optical signals are then emitted and transported via an optical coupling means to an optical receiver. This can be coupled to a driver unit, in which the received optical signals are transformed into electrical control pulses, wherein the driver unit interacts with an application.
  • This method has the advantage that the coupling of different signal currents takes place via optical coupling means, whereby this method is less susceptible to interference than conventional methods and this method has a higher electromagnetic compatibility, since it emits no electromagnetic interference fields.
  • the emitting and receiving of the optical signals can take place via a reflecting surface or can be carried out via a fiber-optic coupling means.
  • the central control unit with a first optical transceiver and at least one driver unit with a further optical transceiver is mounted on a circuit board and fixed on a housing bottom. Opposite the housing bottom, a reflective surface is attached to a housing cover which is aligned with the circuit board such that the reflective surface optically couples the radiation areas of the transceivers.
  • the central control unit is applied to a circuit board with a first optical transceiver and at least one driver unit with the further optical transceiver and fixed on a housing bottom.
  • at least one optical waveguide is fixed, the ends of which are aligned with the circuit board in such a way that the optical waveguide optically couples the radiation areas of the transceivers.
  • the at least one optical waveguide can be embedded in a plastic compound, from which the ends of the optical waveguide protrude in the direction of the circuit board. It is also possible that the ends rest on the respective transceivers in order to optimize the optical transmission and to exclude stray light effects.
  • an optical multiplexer can be arranged, to which several transceivers are connected via optical waveguides and which is coupled to an external optical waveguide for the exchange of signals in the multiplex method. It is also possible to mount an optoelectronic converter inside or outside the housing of the control and regulating device, with which cooperates the optical multiplexer.
  • control and regulating device can preferably perform control functions of a motor vehicle, in particular motor control functions.
  • FIG. 1 shows a basic block diagram of a
  • Figure 2 shows a schematic cross-sectional view of a control and regulating device of a second
  • FIG. 3 shows a schematic diagram of a third one
  • FIG. 4 shows a schematic diagram of a fourth
  • Figure 5 shows a schematic diagram of a fifth embodiment of the invention
  • Figure 6 is a schematic diagram of a sixth embodiment of the invention.
  • Figure 7 is a schematic cross-sectional view of a seventh embodiment of the invention.
  • Figure 8 shows a schematic plan view of the embodiment of Figure 7;
  • Figure 9 is a schematic cross-sectional view of an eighth embodiment of the invention.
  • Figure 10 is a schematic plan view of a ninth embodiment of the invention.
  • FIG. 11 shows a schematic plan view of a tenth embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic block diagram of a control and regulating device 1 according to an embodiment of the invention.
  • This control and regulating device 1 is arranged in a housing 33 and, in this embodiment of the invention, has a central control unit 11 (CPU) into which a signal data, for example multiplexed, is read in via the input B.
  • the central control unit 11 evaluates this signal data and transmits it by means of a plurality of optical transceivers 17i to 17 n via coupling means 22i to 22 n to transceivers 2Oi to 2O n of integrated semiconductor circuits or driver units 13i to 13 n , via the outputs Bi to B n interact with applications and transmit to them, for example, manipulated variables.
  • the optical coupling of the transceiver 17 ⁇ to 17 n to the central control unit 11 and the transceiver 2Oi to 2O n of driver units 13i to 13 n is carried out in this Schematic diagram of a plurality of planar mirrors as coupling elements 22i to 22 n , but not in the plane of the drawing, but for example, are arranged above the plane and are aligned so that they couple the respective radiation ranges of the transceivers 17i to 17 n and 2Oi to 2O n each other ,
  • the advantages of such data transmission within a control and regulating device 1 are already discussed in detail above, so that a repetition is unnecessary.
  • FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of a control and regulating device 2 according to a second embodiment of the invention.
  • the housing 33 is again marked with a dot-dash line and consists of a housing bottom 47 and a housing cover 40, between which a circuit board 16 is fixed.
  • On the component side integrated circuits 12, 13 and 14 are arranged, which interact via electrical conductors with the transceivers 17, 18 and 19 electrical.
  • the integrated semiconductor circuit 12 with the transceiver 17 forms the central control unit 11 shown in FIG. 1, which is in operative connection with the integrated semiconductor circuits 13 and 14, for example as driver units via the transceivers 18 and 19.
  • a planar mirror 22 with a planar surface 32 is arranged on the housing cover 40, which covers both the radiation area 34 of the transceiver 17 with the radiation area 35 of the transceiver 18 and the radiation area 34 of the transceiver 17 with the large area
  • Radiation region 36 of the transceiver 19 optically coupled.
  • control and regulating device 2 The advantage of such a control and regulating device 2 is that the arrangement of the semiconductor circuit 12, 13 or 14 can be provided at greater intervals than before and with greater freedom of design, as despite larger distances or distances between the semiconductor circuits 12, 13 and 14 is ensured that a high electromagnetic compatibility and no electromagnetic interference can occur.
  • FIG. 3 shows a schematic diagram of a third embodiment of the invention, wherein components having the same functions as in the previous figures have the same reference numerals and will not be discussed separately.
  • the difference from the embodiment of Figure 2 is that now several planar mirrors 22, 23, 24 and 25 with corresponding planar surfaces 32 the
  • planar mirrors 22 and 24 selectively couple together, i. the planar mirrors 22 and 24 couple the transceivers 17 and 19 of the semiconductor circuits 12 and 13, while the planar mirrors 23 and 25 couple the transceivers 18 and 20 of the semiconductor circuits 13 and 15 together.
  • the planar mirrors 22, 23, 24 and 25 may be fixed at corresponding angles, for example on the housing cover.
  • Such optical coupling means are used in particular when the transceivers are to work with laser diodes and to couple bundled laser radiation ranges.
  • Figure 4 shows a schematic diagram of a fourth embodiment of the invention, in which a curved mirror 26 with a curved surface 38 is an optical
  • Coupling means 21 which couples the radiation region 34 of a transceiver 17 of a central control unit 11 with the radiation regions 35 and 36 of transceivers 18 and 19, wherein the radiation regions 35 and 36 of the transceivers 18 and 19 may be bundled beams of laser diodes, for example Radiation range 34 emanates from a light emitting diode.
  • FIG. 5 shows a schematic diagram of a fifth embodiment of the invention.
  • This fifth embodiment of the invention differs from the third embodiment of the invention in that the transceivers 17 and 19 via an optical waveguide 27 and the transceivers 18 and 20 are optically coupled to each other via a further optical waveguide 28 as a coupling means 21.
  • the first end 41 of the optical waveguide 27 is aligned with the transceiver 17 and the second end 42 of the optical waveguide 27 is aligned with the transceiver 19.
  • the end 41 of the optical fiber 28 is aligned with the transceiver 18 and a second end 42 of the optical fiber 28 is aligned with the transceiver 20, with the transceivers 17, 18, 19 and 20 and the semiconductor circuits 12, 13, 14 and 15 on a board 16 are arranged, which is fixed between a housing bottom and a housing cover, while the optical waveguides 27 and 28 are fixed to a housing cover.
  • FIG. 6 shows a schematic diagram of a sixth
  • Embodiment of the invention which corresponds in its construction of the embodiment according to Figure 5.
  • the optical waveguides 27 and 28 are embedded in a plastic compound 39 and their ends 41 and 42 are aligned with the respective transceiver and protrude from the plastic mass 39 out.
  • the plastic mass 39 is in turn vibration-resistant and relatively rigidly fixed to the housing cover 40 of the housing 33.
  • Figure 7 shows a schematic cross-sectional view of a seventh embodiment of the invention, in turn, the circuit board 16 is fixed between a housing bottom 47 and a housing cover 40 of a housing 33 and semiconductor circuits 12, 13 and 14, each cooperating with a transceiver 17, 18 and 19 , In this case, sit on the transceivers 17, 18 and 19 optical fibers 27, 28 and 29 with their ends 42. Signals are transmitted via the optical waveguides 27, 28 and 29 to the ends 41 of the optical fibers 27, 28 and 29, which are connected to an optical multiplexer 44, wherein the optical multiplexer 44, for example by means of a pulse code modulation over a multiplexed optical signal Coupling block 43 to an external optical waveguide 31 passes.
  • the optical multiplexer 44 for example by means of a pulse code modulation over a multiplexed optical signal Coupling block 43 to an external optical waveguide 31 passes.
  • Figure 8 shows a schematic plan view of the embodiment according to Figure 7, wherein this plan view the
  • Circuit board 16 with the semiconductor circuits 12, 13 and 14 and the associated transceivers 17, 18 and 19 shows, and wherein the combination of semiconductor circuit 12 and transceiver 17 is a central control unit 11.
  • optical signals are exchanged with a multiplexer 44, which in turn, as already described above, forwards a multiplexed signal via a coupling block 43 to an external optical waveguide 31.
  • FIG. 9 shows a schematic cross-section of an eighth embodiment of the invention, the structure of which corresponds to the embodiment according to FIG.
  • the optical waveguides 27, 28 and 29 are embedded in a plastic compound 39, so that they can be fixed together with the optical multiplexer 44 on a housing cover.
  • Figure 10 shows a schematic plan view of a ninth embodiment of the invention, wherein the coupling block 43 has an opto-electronic converter 45, with which the optical multiplexed signals are transmitted in electrical multiplex signals and passed to an electrical signal terminal 46.
  • the optoelectronic converter While in FIG. 10 the optoelectronic converter is arranged outside the housing on the upper side of the housing of the control and regulating device 9, in the next FIG. 11 the optoelectronic converter 45 is arranged within the housing of the control and regulating device 10 and the coupling block 43 has only an electrical connector 49.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Exchange Systems With Centralized Control (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuer- und Regelgerät (1) und ein Verfahren zum Austausch von Steuer- und Regelsignalen. Dazu weist das Steuer- und Regelgerät (1) eine zentrale Steuereinheit (11) auf, die eine integrierte Halbleiterschaltung (12) ist und auf mindestens einer Schaltungsplatine (16) angeordnet ist. Mindestens eine weitere integrierte Halbleiterschaltung (13) ist in dem Steuer- und Regelgerät (1) angeordnet. Die weitere integrierte Halbleiterschaltung (13) wirkt mit der zentralen Steuereinheit (11) zusammen. Die zentrale Steuereinheit (11) weist einen ersten optischen Transceiver (17) und die weitere integrierte Halbleiterschaltung (13) einen weiteren optischen Transceiver (20) auf. Die Transceiver (17, 20) sind optisch zum Datenaustausch über ein optisches Kopplungsmittel (21) gekoppelt.

Description

Beschreibung
Steuer- und Regelgerät und Verfahren zum Austausch von Steuer- und Regelsignalen
Die Erfindung betrifft ein Steuer- und Regelgerät und ein Verfahren zum Austausch von Steuer- und Regelsignalen. Dazu weist das Steuer- und Regelgerät eine zentrale Steuereinheit auf. Die zentrale Steuereinheit bildet eine integrierte Halbleiterschaltung. Dabei ist die zentrale Steuereinheit auf mindestens einer Schaltungsplatine angeordnet. Als weitere Halbleiterschaltung ist in dem Steuergerät mindestens eine Treibereinheit zur Überwachung und Steuerung mindestens einer Applikation angeordnet. Dabei wirkt die Treibereinheit einerseits mit der zentralen Steuereinheit und andererseits mit der Applikation zusammen.
Die Datenrate eines derartigen Steuergeräts beispielsweise eines Kraftfahrzeugs, die von einer integrierten Halbleiterschaltung zur nächsten integrierten
Halbleiterschaltung in derartigen Geräten übertragen werden muss, steigt ständig. Das bedeutet, dass zunehmend mehr Datenleitungen und mehr Datenverbindungen notwendig werden, um die Informationen dorthin zu transportieren, wo sie auf der Schaltungsplatine erforderlich sind. Dabei kann die
Datenrate zwischen einigen Megabit und bis zu einigen Gigabit betragen .
Gegenwärtig werden bei den Steuergeräten für Kraftfahrzeuge die Verbindungen zwischen zwei integrierten
Halbleiterschaltungen durch elektrische Verbindungen und/oder Verdrahtungen auf einer Schaltungsplatine erreicht. Mit der Zunahme der Datenraten wächst der Bedarf, die elektromagnetischen Verträglichkeits- und die elektromagnetischen Kompatibilitätsbedingungen für jede der einzelnen Verbindungen auf der Schaltungsplatine und innerhalb des Steuergeräts zu erfüllen. Dabei sollen elektromagnetisches Rauschen und elektromagnetische Interferenz weitestgehend unterdrückt werden. Dazu müssen die elektrischen Verbindungen so kurz wie möglich gehalten werden. Das bedeutet, dass die integrierten Halbleiterschaltungen so nah wie möglich aneinander zu positionieren sind. Diese Forderung vermindert jedoch die räumliche Flexibilität für die Strukturierung von Schaltungsplatinen .
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Steuer- und Regelgerät und Verfahren zum Austausch von Steuer- und Regelsignalen zu schaffen, mit dem die elektrischen Datenleitungen und Datenverbindungen trotz steigender zu übertragender Datenmengen vermindert werden können. Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, die elektromagnetische Kompatibilität und die elektromagnetische Verträglichkeit trotz erhöhter Datenübertragungsrate des Steuergeräts zu verbessern.
Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß wird ein Steuer- und Regelgerät und ein Verfahren zum Austausch von Steuer- und Regelsignalen geschaffen. Dazu weist das Steuer- und Regelgerät eine zentrale Steuereinheit auf, die eine integrierte
Halbleiterschaltung ist und die auf mindestens einer Schaltungsplatine angeordnet ist. Mindestens eine weitere integrierte Halbleiterschaltung ist in dem Steuer- und Regelgerät angeordnet . Die weitere integrierte Halbleiterschaltung wirkt mit der zentralen Steuereinheit zusammen. Die zentrale Steuereinheit weist einen ersten optischen Transceiver und die weitere integrierte Halbleiterschaltung einen weiteren optischen Transceiver auf. Die Transceiver sind optisch zum Datenaustausch über ein optisches Kopplungsmittel gekoppelt.
Dieses Steuergerät hat den Vorteil, dass es aufgrund der optischen Kopplung eine hohe elektromagnetische Verträglichkeit aufweist und keinerlei elektromagnetische Emission verursacht. Außerdem kann der erste Transceiver in einem minimalen Abstand oder sogar auf der zentralen Steuereinheit, nämlich auf der ersten integrierten Halbleiterschaltung, angeordnet werden, während der weitere optische Transceiver mit seiner integrierten Halbleiterschaltung beliebig entfernt von der zentralen Halbleiterschaltung angeordnet sein kann, solange eine optische Kopplung besteht. Damit ergibt sich eine hohe Flexibilität für die räumliche Anordnung sowohl der beiden Transceiver als auch der zugehörigen integrierten Halbleiterschaltungen auf einer Schaltungsplatine. Es ist ein weiterer Vorteil, dass eine optische Kopplung über Transceiver und optische Kopplungsmittel eine höhere Datenrate übertragen kann, als es elektrische
Verbindungsleitungen auf einer Schaltungsplatine zulassen.
Darüber hinaus bieten optische Verbindungen weitere Möglichkeiten, einen Austausch von Daten durchzuführen beispielsweise durch eine unidirektionale Kommunikation, bei der ein erster Halbleiterchip elektrische Daten zu einem optischen Transmitter sendet. Der Transmitter transformiert die elektrischen Signale in optische Signale und überträgt diese zu einem optischen Empfänger bzw. „receiver" einer weiteren integrierten Halbleiterschaltung. Dabei transformiert der optische Empfänger die optischen Signale in elektrische Signale, die dann von der weiteren integrierten Halbleiterschaltung empfangen und beispielsweise zu Schaltoder Stellsignalen transformiert werden können. Diese Transformation zu Schalt- und Stellsignalen wird vorzugsweise von einer Treibereinheit durchgeführt.
Neben dieser unidirektionalen Kommunikation ist auch eine bidirektionale Kommunikation beispielsweise über zwei optische Kopplungswege möglich, bei denen auf jeder Seite sowohl ein optischer Sender als auch ein optischer Empfänger angeordnet sind, so dass gleichzeitig Signale in beiden Richtungen übertragen werden können, wobei über die bidirektionale Kommunikation jedem Halbleiterbauelement ein optischer Sender und ein optischer Empfänger zugeordnet wird. Schließlich ist es auch möglich, eine bidirektionale Kommunikation mit nur einer optischen Kopplung zu erstellen, wobei hierzu die oben erwähnten Transceiver eingesetzt werden, wobei ein optischer Sensor und ein optischer Empfänger innerhalb einer einzigen optischen Komponente angeordnet sind und somit auch nur eine einmalige Ausrichtung eines der Transceiver auf das optische Kopplungsmittel erforderlich wird.
Eine optische Kopplung kann in unterschiedlichen Medien und mit unterschiedlichen Kopplungsmitteln durchgeführt werden. Diese Medien können Vakuum, Luftatmosphäre oder eine Inert- gasatmosphäre sein. Im Fall der Inertgasatmosphäre befinden sich sowohl der erste Transceiver als auch der zweite Transceiver in einem hermetisch abgeschlossenen Gehäuse, das mit Inertgas wie Stickstoff oder Edelgas gefüllt ist. In jedem Fall ist es erforderlich, dass der optische Strahlungsbereich der beiden Transceiver so ausgerichtet ist, dass sich die Strahlungsbereiche an dem optischen Kopplungsmittel überlagern.
Als optisches Kopplungsmittel kann eine reflektierende planare spiegelnde Oberfläche eingesetzt werden, die innerhalb eines Gehäuses des Steuer- und Regelgeräts angeordnet ist und die Strahlungsbereiche der auf einer Schaltungsplatine angeordneten Transceiver koppelt. Damit sich die Strahlungsbereiche auf der reflektierenden planaren Oberfläche überlappen, werden als Sender und Empfänger optische Bauelemente eingesetzt, die einen breiten Strahlungs- oder Erfassungswinkel aufweisen. Für konzentrierte Strahlen werden vorzugsweise mehrere Spiegelflächen mit reflektierenden planaren Oberflächen für jeden einzelnen konzentrierten Strahl eingesetzt, um Sender und Empfänger der Transceiver miteinander zu koppeln. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, ein optisches Kopplungsmittel mit einer reflektierenden gekrümmten Oberfläche einzusetzen, die innerhalb des Gehäuses des Steuer- und Regelgeräts angeordnet ist und die Strahlungsbereiche der Transceiver der Schaltungsplatine miteinander koppelt. Dazu ist es von Vorteil, das reflektierende optische Kopplungsmittel gegenüberliegend zu der Schaltungsplatine anzubringen. Da es bei optischen Kopplungen jedoch auf relativ gute und reproduzierbare Ausrichtungen der optischen Wege ankommt, wird vorzugsweise das reflektierende optische Kopplungsmittel in einem Gehäusedeckel gegenüberliegend zu einer Schaltungsplatine an einem Gehäuseboden angeordnet. Der Gehäusedeckel des Steuer- und Regelgeräts weist dazu eine stabile Konstruktion zur Fixierung der reflektierenden Oberflächen auf.
Während optische Reflexionsflächen als Kopplungsmittel eine begrenzte Flexibilität aufweisen, wird mit faseroptischen Kopplungsmitteln eine deutlich höhere Flexibilität erreicht. Als faseroptische Kopplungsmittel können vorzugsweise
Lichtwellenleiter in Form von lichtdurchlässigen und Licht konzentrierenden Fasern vorgesehen werden. Da derartige Fasern sehr flexibel sind, können die beiden Transceiver in den unterschiedlichsten räumlichen Positionen zueinander aufgebaut sein. Dadurch werden die Gestaltungsmöglichkeiten verbreitert, zumal eine genaue Justage zwischen optischem Sensor, reflektierendem optischen Kopplungsmittel und optischem Empfänger bei einem faseroptischen Kopplungsmittel nicht vorausgesetzt werden muss.
Um auch die Position des mindestens einen Lichtwellenleiters in einem Gehäuse stabil zu fixieren, ist der Lichtwellenleiter in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in eine Kunststoffmasse eingebettet und die Enden des Lichtwellenleiters ragen an Positionen aus der Kunststoffmasse heraus, die auf Positionen der Strahlungsbereiche von optischen Transceivern auf der Schaltungsplatine ausgerichtet sind. In diesem Fall läuft der optische Pfad teilweise durch die Atmosphäre des Steuer- und Regelgeräts. Andererseits ist es auch möglich, mindestens ein Ende des Lichtwellenleiters direkt auf einen der optischen Transceiver aufzusetzen und damit die Kopplung über die umgebende Atmosphäre weitestgehend auszuschließen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Lichtwellenleiter mit seinem ersten Ende auf die Oberfläche des optischen Transceivers aufgesetzt und sein zweites Ende ist mit einem optischen Kopplungsblock des Steuer- und
Regelgeräts optisch gekoppelt, über den die optischen Signale an optische Empfänger bzw. Transceiver außerhalb des Steuer- und Regelungsgeräts gesandt werden können. Die zweiten Enden können, noch bevor sie einem Kopplungsblock zugeführt werden, mit einem optischen Multiplexer innerhalb des Steuer- und
Regelgeräts verbunden sein und der optische Multiplexer kann beispielsweise durch Pulscodemodulation Signale mehrerer Lichtwellenleiter über einen gemeinsamen externen Lichtwellenleiter weitergeben. Darüber hinaus kann der optische Multiplexer mit einem externen optoelektronischen
Konverter zur Weitergabe elektrischer Signale verbunden sein.
In einer Weiterentwicklung weist das elektronische Steuer- und Regelgerät lediglich einen Kopplungsblock für elektrische Außenanschlüsse auf. In dem Fall ist in dem Steuer- und Regelgerät ein optischer Multiplexer angeordnet, dessen optische Pulscode modellierten Signale von einem optoelektronischen Konverter in elektrische Signale umgesetzt werden und diese dann an die Außenanschlüsse weitergeleitet werden, die aus dem Steuer- und Regelgerät herausragen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die zentrale Steuereinheit mehrere erste integrierte Halbleiterschaltungen auf, die mit mehreren ersten Transceivern und mit mehreren weiteren Transceivern zusammenwirken, wobei die mehreren ersten und weiteren Transceiver über optische Kopplungsmittel optisch gekoppelt sind. Vorzugsweise werden derartige Steuer- und Regelgeräte in einem Kraftfahrzeug als Motorsteuer- und Regelgeräte eingesetzt. Ein derartiges Steuer- und Regelgerät kann jedoch auch in Industrieautomaten Verwendung finden oder in Konsumerelektronikgeräten eingebaut sein.
Als Motorsteuer- und Regelgerät hat ein derartiges Gerät mit internen optischen Kopplungsmitteln den Vorteil, dass dieses Motorsteuergerät neben der Überwachung und Steuerung der unterschiedlichen Betriebszustände des Motors auch weitere Komponenten des Fahrzeug steuern kann, beispielsweise das Antiblockiersystem des Fahrzeugs, das Heiz- und Klimasystem, die Abgasanlage des Fahrzeugs mit den unterschiedlichen λ- Sonden eines Mehrwegekatalysators, die Pedalwertgeber des Fahrzeugs sowie eine Vielzahl von Druck- und
Temperaturinformationen, die auszuwerten und datentechnisch zu verarbeiten sind. Durch die optische Kopplung ist die Zahl der zu überwachenden Funktionen eines Motors oder eines Fahrzeugs nicht mehr wie bisher begrenzt, da über die optische Kopplung eine hohe Datenrate transferiert werden kann .
Vorzugsweise wird jedoch das Steuer- und Regelgerät in dem Kraftfahrzeug als Motorsteuergerät angeordnet, das sowohl die Hochdruckkraftstoffpumpe als auch die
Niederdruckkraftstoffpumpe steuert, den Ladedruck überwacht, die Nockenwellenverstellung sowie den Nockenwellenhub oder den Kühlwasserdurchsatz steuert und vieles mehr am Motor und den zugehörigen Aggregaten regelt.
Ein Verfahren zum Austausch von Steuer- und Regelsignalen in einem Steuer- und Regelgerät weist die nachfolgenden Verfahrensschritte auf. Zunächst werden in einer zentralen Steuereinheit Sensordatenmengen empfangen. Diese
Sensordatenmengen werden in der zentralen Steuereinheit zwischengespeichert und zu Treibersignaldaten in der zentralen Steuereinheit verarbeitet. Anschließend werden die Treibersignaldaten in optische Signale transformiert und diese optischen Signale werden dann über ein optisches Kopplungsmittel zu einem optischen Empfänger emittiert sowie transportiert . Dieser kann mit einer Treibereinheit gekoppelt sein, in der die empfangenen optischen Signale in elektrische Steuerimpulse transformiert werden, wobei die Treibereinheit mit einer Applikation zusammenwirkt.
Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass die Kopplung unterschiedlicher Signalströme über optische Kopplungsmittel erfolgt, wodurch dieses Verfahren weniger störanfällig ist als herkömmliche Verfahren und dieses Verfahren eine höhere elektromagnetische Verträglichkeit aufweist, da es keine elektromagnetischen Störfelder emittiert. Dabei kann das Emittieren und Empfangen der optischen Signale über eine spiegelnde Oberfläche erfolgen oder über ein faseroptisches Kopplungsmittel durchführt werden.
Die zentrale Steuereinheit mit einem ersten optischen Transceiver und mindestens einer Treibereinheit mit einem weiteren optischen Transceiver wird auf einer Schaltungsplatine aufgebracht und auf einem Gehäuseboden fixiert. Gegenüberliegend zu dem Gehäuseboden wird an einem Gehäusedeckel eine reflektierende Oberfläche angebracht, die derart zu der Schaltungsplatine ausgerichtet wird, dass die reflektierende Oberfläche die Strahlungsbereiche der Transceiver optisch koppelt.
In einer weiteren Durchführung des Verfahrens wird die zentrale Steuereinheit mit einem ersten optischen Transceiver und mindestens eine Treibereinheit mit dem weiteren optischen Transceiver auf eine Schaltungsplatine aufgebracht und auf einem Gehäuseboden fixiert. Gegenüberliegend an einem Gehäusedeckel wird mindestens ein Lichtwellenleiter fixiert, dessen Enden derart zu der Schaltungsplatine ausgerichtet werden, dass der Lichtwellenleiter die Strahlungsbereiche der Transceiver optisch koppelt. Zur Fixierung kann der mindestens eine Lichtwellenleiter in eine Kunststoffmasse eingebettet werden, aus der die Enden des Lichtwellenleiters in Richtung auf die Schaltungsplatine herausragen. Auch ist es möglich, dass die Enden auf den jeweiligen Transceivern aufliegen, um die optische Übertragung zu optimieren und Streulichteffekte auszuschließen .
Weiterhin kann in dem Steuer- und Regelgerät ein optischer Multiplexer angeordnet werden, mit dem mehrere Transceiver über Lichtwellenleiter verbunden werden und der mit einem externen Lichtwellenleiter zum Austausch von Signalen im Multiplexverfahren gekoppelt wird. Auch ist es möglich, einen optoelektronischer Konverter innerhalb oder außerhalb des Gehäuses des Steuer- und Regelgeräts anzubringen, mit dem der optische Multiplexer zusammenwirkt.
Wie bereits oben erwähnt, kann vorzugsweise das Steuer- und Regelgerät Steuerfunktionen eines Kraftfahrzeugs insbesondere Motorsteuerfunktionen durchführen.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert .
Figur 1 zeigt ein prinzipielles Blockschaltbild eines
Steuer- und Regelgeräts einer Ausführungsform der Erfindung;
Figur 2 zeigt eine prinzipielle Querschnittsansicht eines Steuer- und Regelgeräts einer zweiten
Ausführungsform der Erfindung;
Figur 3 zeigt eine Prinzipskizze einer dritten
Ausführungsform der Erfindung;
Figur 4 zeigt eine Prinzipskizze einer vierten
Ausführungsform der Erfindung; Figur 5 zeigt eine Prinzipskizze einer fünften Ausführungsform der Erfindung;
Figur 6 zeigt eine Prinzipskizze einer sechsten Ausführungsform der Erfindung;
Figur 7 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer siebten Ausführungsform der Erfindung;
Figur 8 zeigt eine schematische Draufsicht auf die Ausführung gemäß Figur 7;
Figur 9 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer achten Ausführungsform der Erfindung;
Figur 10 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine neunte Ausführungsform der Erfindung;
Figur 11 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine zehnte Ausführungsform der Erfindung.
Figur 1 zeigt ein prinzipielles Blockschaltbild eines Steuer- und Regelgeräts 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Dieses Steuer- und Regelgerät 1 ist in einem Gehäuse 33 angeordnet und weist in dieser Ausführungsform der Erfindung eine zentrale Steuereinheit 11 (CPU) auf, in die über den Eingang Bein Signaldaten beispielsweise im Multiplexverfahren eingelesen werden. Die zentrale Steuereinheit 11 wertet diese Signaldaten aus und übermittelt diese mit Hilfe von mehreren optischen Transceivern 17i bis 17n über Kopplungsmittel 22i bis 22n an Transceiver 2Oi bis 2On von integrierten Halbleiterschaltungen bzw. Treibereinheiten 13i bis 13n, die über die Ausgänge Bi bis Bn mit Applikationen zusammenwirken und an diese beispielsweise Stellgrößen übermitteln.
Die optische Kopplung der Transceiver 17χ bis 17n der zentralen Steuereinheit 11 und der Transceiver 2Oi bis 2On der Treibereinheiten 13i bis 13n erfolgt in dieser Prinzipskizze über mehrere planare Spiegel als Kopplungselemente 22i bis 22n, die jedoch nicht in der Zeichenebene liegen, sondern beispielsweise oberhalb der Zeichenebene angeordnet sind und so ausgerichtet sind, dass sie die jeweiligen Strahlungsbereiche der Transceiver 17i bis 17n und 2Oi bis 2On miteinander koppeln. Die Vorteile einer derartigen Datenübermittlung innerhalb eines Steuer- und Regelgeräts 1 sind bereits oben im einzelnen erörtert, so dass sich eine Wiederholung erübrigt.
Figur 2 zeigt eine prinzipielle Querschnittsansicht eines Steuer- und Regelgeräts 2 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. In dieser Querschnittsansicht ist das Gehäuse 33 wieder mit einer strichpunktierten Linie markiert und besteht aus einem Gehäuseboden 47 und einem Gehäusedeckel 40, zwischen denen eine Schaltungsplatine 16 fixiert ist. Auf der Bestückungsseite sind integrierte Schaltungen 12, 13 und 14 angeordnet, die über elektrische Leiterbahnen mit den Transceivern 17, 18 und 19 elektrische zusammenwirken.
Dabei bildet die integrierte Halbleiterschaltung 12 mit dem Transceiver 17 die in Figur 1 gezeigte zentrale Steuereinheit 11, die mit den integrierten Halbleiterschaltungen 13 und 14 beispielsweise als Treibereinheiten über die Transceiver 18 und 19 in Wirkverbindung steht. Um die optische Verbindung herzustellen, ist an dem Gehäusedeckel 40 ein planarer Spiegel 22 mit einer planaren Oberfläche 32 angeordnet, der großflächig sowohl den Strahlungsbereich 34 des Transceivers 17 mit dem Strahlungsbereich 35 des Transceivers 18 als auch den Strahlungsbereich 34 des Transceivers 17 mit dem
Strahlungsbereich 36 des Transceivers 19 optisch koppelt.
Der Vorteil eines derartigen Steuer- und Regelgeräts 2 besteht darin, dass die Anordnung der Halbleiterschaltung 12, 13 oder 14 in größeren Abständen als bisher und mit größerer gestalterischer Freiheit vorgesehen werden kann, da trotz größerer Abstände bzw. Entfernungen zwischen den Halbleiterschaltungen 12, 13 und 14 sichergestellt ist, dass eine hohe elektromagnetische Verträglichkeit und keine elektromagnetische Interferenz auftreten können.
Figur 3 zeigt eine Prinzipskizze einer dritten Ausführungsform der Erfindung, wobei Komponenten mit gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren gleiche Bezugszeichen aufweisen und nicht extra erörtert werden. Der Unterschied zu der Ausführungsform der Figur 2 besteht darin, dass nun mehrere planare Spiegel 22, 23, 24 und 25 mit entsprechenden planaren Oberflächen 32 die
Halbleiterschaltungen 12, 13, 14 und 15 selektiv miteinander koppeln, d.h. die planaren Spiegel 22 und 24 koppeln die Transceiver 17 und 19 der Halbleiterschaltungen 12 und 13, während die planaren Spiegel 23 und 25 die Transceiver 18 und 20 der Halbleiterschaltungen 13 und 15 miteinander koppeln. Dazu können die planaren Spiegel 22, 23, 24 und 25 unter entsprechenden Winkeln beispielsweise an dem Gehäusedeckel fixiert sein. Derartige optische Kopplungsmittel werden insbesondere dann eingesetzt, wenn die Transceiver mit Laserdioden arbeiten und gebündelte Laserstrahlungsbereiche koppeln sollen.
Figur 4 zeigt eine Prinzipskizze einer vierten Ausführungsform der Erfindung, bei der ein gekrümmter Spiegel 26 mit einer gekrümmten Oberfläche 38 ein optisches
Kopplungsmittel 21 bildet, das den Strahlungsbereich 34 eines Transceivers 17 einer zentralen Steuereinheit 11 mit den Strahlungsbereichen 35 und 36 von Transceivern 18 und 19 miteinander koppelt, wobei die Strahlungsbereiche 35 und 36 der Transceiver 18 und 19 gebündelte Strahlen beispielsweise von Laserdioden sein können, während der Strahlungsbereich 34 von einer Leuchtdiode ausgeht .
Figur 5 zeigt eine Prinzipskizze einer fünften Ausführungsform der Erfindung. Diese fünfte Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von der dritten Ausführungsform der Erfindung dadurch, dass die Transceiver 17 und 19 über einen Lichtwellenleiter 27 und die Transceiver 18 und 20 über einen weiteren Lichtwellenleiter 28 als Kopplungsmittel 21 miteinander optisch gekoppelt sind. Dazu ist das erste Ende 41 des Lichtwellenleiters 27 auf den Transceiver 17 ausgerichtet und das zweite Ende 42 des Lichtwellenleiters 27 auf den Transceiver 19 ausgerichtet. In gleicher Weise ist das Ende 41 des Lichtwellenleiters 28 auf den Transceiver 18 ausgerichtet und ein zweites Ende 42 des Lichtwellenleiters 28 auf den Transceiver 20 ausgerichtet, wobei die Transceiver 17, 18, 19 und 20 sowie die Halbleiterschaltungen 12, 13, 14 und 15 auf einer Platine 16 angeordnet sind, die zwischen einem Gehäuseboden und einem Gehäusedeckel fixiert ist, während die Lichtwellenleiter 27 und 28 an einem Gehäusedeckel fixiert sind.
Figur 6 zeigt eine Prinzipskizze einer sechsten
Ausführungsform der Erfindung, die in ihrem Aufbau der Ausführungsform gemäß Figur 5 entspricht. Jedoch sind hier zur Fixierung der Lichtwellenleiter 27 und 28 diese in eine Kunststoffmasse 39 eingebettet und ihre Enden 41 und 42 sind auf die jeweiligen Transceiver ausgerichtet und ragen aus der Kunststoffmasse 39 heraus. Die Kunststoffmasse 39 ist ihrerseits vibrationsfest und relativ starr an dem Gehäusedeckel 40 des Gehäuses 33 fixiert.
Figur 7 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer siebten Ausführungsform der Erfindung, wobei wiederum die Schaltungsplatine 16 zwischen einem Gehäuseboden 47 und einem Gehäusedeckel 40 eines Gehäuses 33 fixiert ist und Halbleiterschaltungen 12, 13 und 14 aufweist, die jeweils mit einem Transceiver 17, 18 und 19 zusammenwirken. Dabei sitzen auf den Transceivern 17, 18 und 19 Lichtwellenleiter 27, 28 und 29 mit ihren Enden 42 auf. Signale werden über die Lichtwellenleiter 27, 28 und 29 zu den Enden 41 der Lichtwellenleiter 27, 28 und 29 übertragen, die mit einem optischen Multiplexer 44 verbunden sind, wobei der optische Multiplexer 44 beispielsweise mittels einer Pulscodemodulation ein optisches Multiplexsignal über einen Kopplungsblock 43 an einen externen Lichtwellenleiter 31 weiterleitet .
Figur 8 zeigt eine schematische Draufsicht auf die Ausführungsform gemäß Figur 7, wobei diese Draufsicht die
Schaltungsplatine 16 mit den Halbleiterschaltungen 12, 13 und 14 und den zugehörigen Transceivern 17, 18 und 19 zeigt, und wobei die Kombination aus Halbleiterschaltung 12 und Transceiver 17 eine zentrale Steuereinheit 11 darstellt. Über die Lichtwellenleiter 27, 28 und 29 werden optische Signale mit einem Multiplexer 44 ausgetauscht, der seinerseits wie oben bereits beschrieben ein Multiplexsignal über einen Kopplungsblock 43 zu einem externen optischen Lichtwellenleiter 31 weiterleitet.
Figur 9 zeigt einen schematischen Querschnitt einer achten Ausführungsform der Erfindung, deren Aufbau der Ausführungsform gemäß Figur 7 entspricht. Jedoch sind in dieser Ausführungsform gemäß Figur 9 die Lichtwellenleiter 27, 28 und 29 in eine Kunststoffmasse 39 eingebettet, so dass sie gemeinsam mit dem optischen Multiplexer 44 an einem Gehäusedeckel fixiert werden können.
Figur 10 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine neunte Ausführungsform der Erfindung, wobei der Kopplungsblock 43 einen optoelektronischen Konverter 45 aufweist, mit dem die optischen Multiplexsignale in elektrische Multiplexsignale übertragen werden und an einen elektrischen Signalanschluss 46 weitergegeben werden.
Während in Figur 10 der optoelektronische Konverter außerhalb des Gehäuses an der Oberseite des Gehäuses des Steuer- und Regelgeräts 9 angeordnet ist, wird in der nächsten Figur 11 der optoelektronische Konverter 45 innerhalb des Gehäuses des Steuer- und Regelgeräts 10 angeordnet und der Kopplungsblock 43 weist lediglich eine elektrische Steckverbindung 49 auf.

Claims

Patentansprüche
1. Steuer- und Regelgerät (1) mit einer zentralen Steuereinheit (11) wobei: - die zentrale Steuereinheit (11) eine integrierte Halbleiterschaltung (12) ist;
- die zentrale Steuereinheit (11) auf mindestens einer Schaltungsplatine (16) angeordnet ist; mindestens eine weitere integrierte Halbleiterschaltung (13) in dem Steuer- und Regelgerät (1) angeordnet ist,
- die weitere integrierte Halbleiterschaltung (13) mit der zentralen Steuereinheit (11) zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Steuereinheit (11) mindestens einen ersten optischen Transceiver (17) und die weitere integrierte Halbleiterschaltung (13) einen weiteren optischen Transceiver (20) aufweist und die Transceiver (17, 20) optisch zum Datenaustausch über mindestens ein optisches Kopplungsmittel (21) gekoppelt sind.
2. Steuer- und Regelgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Kopplungsmittel (21) eine reflektierende planare Oberfläche (32) aufweist, die innerhalb eines Gehäuses (33) des Steuer- und Regelgeräts (1) angeordnet ist und die
Strahlungsbereiche (34, 35) der Transceiver (17, 20) der Schaltungsplatine (16) koppelt.
3. Steuer- und Regelgerät nach Anspruch 1, dadurch geken- nzeichnet, dass das optische Kopplungsmittel (21) eine reflektierende gekrümmte Oberfläche (38) aufweist, die innerhalb eines Gehäuses (33) des Steuer- und Regelgeräts (1) angeordnet ist und die Strahlungsbereiche der Transceiver (17, 20, 21) der Schaltungsplatine (16) koppelt.
4. Steuer- und Regelgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Kopplungsmittel (21) mehrere Spiegelflächen (22, 23, 24, 25) aufweist, die derart ausgerichtet sind, dass Strahlenbereiche (34, 35, 36, 37) von optischen Transceivern (17, 18, 19, 20) miteinander gekoppelt sind.
5. Steuer- und Regelgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das reflektierende optische Kopplungsmittel (21) gegenüberliegend zu der Schaltungsplatine (16) angebracht ist.
6. Steuer- und Regelgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das reflektierende optische Kopplungsmittel (21) an einem Gehäusedeckel (40) fixiert ist.
7. Steuer- und Regelgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Kopplungsmittel (21) mindestens einen Lichtwellenleiter (27) aufweist, der innerhalb eines Gehäuses (33) des Steuer- und Regelgeräts (6) angeordnet ist.
8. Steuer- und Regelgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Lichtwellenleiter (27) in eine Kunststoffmasse (39) eingebettet ist und die Enden (41, 42) des Lichtwellenleiters (27) an Positionen aus der Kunststoffmasse (39) herausragen, die auf Positionen der Strahlungsbereiche (34, 35, 36, 37) von optischen Transceivern (17, 18, 19, 20) auf der Schaltungsplatine (16) ausgerichtet sind.
9. Steuer- und Regelgerät nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Ende (41) des Lichtwellenleiters (27) auf die Oberfläche des optischen Transceivers (17) aufgesetzt ist und ein zweites Ende (42) mit einem optischen Kopplungsblock (43) des Steuer- und Regelgeräts (7, 8, 9, 10) optisch gekoppelt ist.
10. Steuer- und Regelgerät nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zweite Enden (42) mehrerer Lichtwellenleiter (27, 28, 29) mit einem optischen Multiplexer (44) innerhalb des Steuer- und Regelgeräts (7, 8, 9, 10) verbunden sind und der optische Multiplexer (44) mit einem externen Lichtwellenleiter (31) gekoppelt ist.
11. Steuer- und Regelgerät nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zweite Enden (42) mehrerer Lichtwellenleiter (27, 28, 29) mit einem optischen Multiplexer (44) innerhalb des Steuer- und Regelgeräts (9) verbunden sind und der optische Multiplexer (44) mit einem externen optoelektronischen Konverter (45) zur Weitergabe elektrischer Signale verbunden ist.
12. Steuer- und Regelgerät nach Anspruch 11, dadurch geken- nzeichnet, dass der optische Multiplexer (44) und der optoelektronische Konverter (45) innerhalb des Steuer- und Regelgeräts (10) angeordnet sind und elektrische Signalleitungsanschlüsse (46) aus dem Steuer- und Regelgerät (10) herausragen.
13. Steuer- und Regelgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Steuereinheit (11) mehrere erste integrierte Halbleiterschaltungen aufweist, die mit mehreren ersten Transceivern (17i, 172 bis 17n) zusammenwirken, und dass das Steuer- und Regelgerät (1) mehrere weitere integrierte Halbleiterschaltungen aufweist, die mit mehreren weiteren Transceivern (20i, 2O2 bis 2On) zusammenwirken, wobei die mehreren ersten und weiteren Transceiver über optische Kopplungsmittel (22i, 222 bis 22n) optisch gekoppelt sind.
14. Steuer- und Regelgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuer- und Regelgerät (1) in einem Kraftfahrzeug als Motorsteuer- und Regelgerät angeordnet ist.
15. Steuer- und Regelgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuer- und Regelgerät (1) in einem Industrieautomaten angeordnet ist.
16. Steuer- und Regelgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuer- und Regelgerät (1) in einem Konsumerelektronikgerät angeordnet ist.
17. Verfahren zum Austausch von Steuer- und Regelsignalen in einem Steuer- und Regelgerät (1), das folgende Verfahrensschritte aufweist:
Empfangen von Sensordatenmengen in einer zentralen Steuereinheit (11) ;
- Zwischenspeichern der Sensordatenmengen und Verarbeiten der Sensordaten zu Treibersignaldaten in der zentralen Steuereinheit (11) ;
- Transformieren der Treibersignaldaten in optische Signale und Emittieren sowie Transportieren der optischen Signale zu einem optischen Empfänger; Empfangen der optischen Signale in mindestens einer Treibereinheit (13) und
- Transformieren der optischen Signale in elektrische Steuerimpulse in der Treibereinheit (13), die mit einer Applikation zusammenwirkt.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Emittieren und Empfangen optischer Signale über ein optisches Kopplungsmittel (21) erfolgt.
19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Emittieren und Empfangen optischer Signale über eine spiegelnde Oberfläche (22, 26) erfolgt.
20. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Emittieren und Empfangen optischer Signale über ein faseroptisches Kopplungsmittel (27) durchführt wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Steuereinheit (11) mit einem ersten optischen Transceiver (17) und mindestens eine Treibereinheit (13) mit dem weiteren optischen Transceiver (20) auf einer Schaltungsplatine (16) aufgebracht und auf einem Gehäuseboden (47) fixiert wird und gegenüberliegend an einem Gehäusedeckel (40) eine reflektierende Oberfläche (22) angebracht wird, die derart zu der Schaltungsplatine (16) ausgerichtet wird, dass die reflektierende Oberfläche (22) die Strahlungsbereiche (34, 35) der Transceiver (17, 20) optisch koppelt.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Steuereinheit (11) mit einem ersten optischen Transceiver (17) und mindestens eine Treibereinheit (13) mit dem weiteren optischen Transceiver (20) auf einer Schaltungsplatine (16) aufgebracht und auf einem Gehäuseboden (47) fixiert wird und gegenüberliegend an einem Gehäusedeckel (40) mindestens ein Lichtwellenleiter (27) angeordnet wird, dessen Enden (41, 42) derart zu der Schaltungsplatine (16) ausgerichtet werden, dass der Lichtwellenleiter (27) die Strahlungsbereiche (34, 35) der Transceiver (17, 20) optisch koppelt.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Steuer- und Regelgerät (7) ein optischer Multiplexer (44) angeordnet wird, mit dem mehrere Transceiver (17, 18, 19, 20) über Lichtwellenleiter (27, 28, 29) verbunden werden und der mit einem externen Lichtwellenleiter (31) zum Austausch von Signalen im Multiplexverfahren gekoppelt wird.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Steuer- und Regelgerät (1) ein optischer Multiplexer (44) und ein optoelektronischer Konverter (45) angeordnet werden, über den elektrische Signale im Multiplexverfahren ausgetauscht werden.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuer- und Regelgerät (1) Steuerfunktionen eines Kraftfahrzeugs insbesondere Motorsteuerfunktionen durchführt .
PCT/EP2009/064106 2008-10-29 2009-10-27 Steuer- und regelgerät und verfahren zum austausch von steuer- und regelsignalen Ceased WO2010049403A2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008053794.2 2008-10-29
DE200810053794 DE102008053794A1 (de) 2008-10-29 2008-10-29 Steuer-und Regelgerät und Verfahren zum Austausch von Steuer-und Regelsignalen

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2010049403A2 true WO2010049403A2 (de) 2010-05-06
WO2010049403A3 WO2010049403A3 (de) 2010-10-21

Family

ID=41531842

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2009/064106 Ceased WO2010049403A2 (de) 2008-10-29 2009-10-27 Steuer- und regelgerät und verfahren zum austausch von steuer- und regelsignalen

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102008053794A1 (de)
WO (1) WO2010049403A2 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022206939A1 (de) * 2022-07-07 2024-01-18 Zf Friedrichshafen Ag Datenübertragungsvorrichtung für eine Fahrzeugkomponente
DE102024209214A1 (de) 2024-09-25 2026-03-26 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Vorrichtung zur Datenübertragung in einem Steuergerät

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4243823C2 (de) * 1992-12-23 1995-10-26 Telefunken Microelectron Verfahren zur Herstellung von Optokopplern
US20060251421A1 (en) * 2005-05-09 2006-11-09 Ben Gurion University Of The Negev, Research And Development Authority Improved free space optical bus
CN1949686A (zh) * 2005-10-14 2007-04-18 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 集成电路间信号传递的系统及方法
US20070258720A1 (en) * 2006-05-05 2007-11-08 Virgin Islands Microsystems, Inc. Inter-chip optical communication

Also Published As

Publication number Publication date
WO2010049403A3 (de) 2010-10-21
DE102008053794A1 (de) 2010-05-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10105943B4 (de) Faseroptisches Linsensystem zum Koppeln von Fasern mit oberflächenbefestigten Bauelementen
EP1174745B1 (de) Optoelektronisches oberflächenmontierbares Modul
DE69525701T2 (de) Integrierter optoelektronischer Verbund und Stecker
DE69937627T2 (de) Integriertes Verpackungssystem für optische Übertragungseinrichtungen, das die automatische Ausrichtung mit optischen Fasern erlaubt
DE60131928T2 (de) Vorrichtung zur bidirektionalen Signalübertragung mittels Licht
DE112010003769T5 (de) Fahrzeugkommunikationssystem, optischer kommunikationskabelbaum und optische teilungsvorrichtung
EP1483609A1 (de) Optoelektronisches modul und steckeranordnung
WO2001057572A2 (de) Elektrooptisches sende- /empfangsmodul und verfahren zu seiner herstellung
DE102006014795B4 (de) Vorrichtung, Mobiltelefon, Optoelektronisches Halbleiterbauteil und Verfahren zur Datenübertragung zwischen durch ein Gelenk verbundene Baueinheiten
DE3232793A1 (de) Optisches koppelglied
DE102005041980A1 (de) Elektro-optisches Messgerät
WO2010009902A1 (de) Steuergerät eines kraftfahrzeugs und verfahren zum austausch von steuer- und regelsignalen
DE102008053794A1 (de) Steuer-und Regelgerät und Verfahren zum Austausch von Steuer-und Regelsignalen
EP3577506B1 (de) Elektrooptische schaltung mit einer optischen übertragungsstrecke, elektrooptische baugruppe zum einbau in eine solche elektrooptische schaltung und verfahren zum erzeugen einer optischen schnittstelle einer elektrooptischen schaltung
WO2018046216A1 (de) Optokoppler mit einer optischen übertragungsstrecke und elektrischen anschlüssen und elektronische baugruppe, in der ein solcher optokoppler eingebaut ist
WO2010089254A1 (de) Elektrooptisches steuer- oder regelgerät und verfahren zum austausch von steuer- oder regelsignalen
DE10303676A1 (de) Elektrooptisches Bauelement
EP1332395B1 (de) Optisches signalübertragungssystem
EP1447696B1 (de) Modulares optoelektronisches Bauelement
EP1869805B1 (de) Elektrooptische kopplungseinrichtung
WO2002061473A2 (de) Halbleiterelement mit optoelektronischer signalübertragung und verfahren zum erzeugen eines solchen halbleiterelements
DE3932652A1 (de) Anordnung zum optischen aneinanderkoppeln von auf verschiedenen substraten integrierten planaren optischen wellenleitern
WO2009112362A1 (de) Steuergerät mit einer einrichtung zur optischen datenübertragung
EP0961426B1 (de) Bidirektionale optische Sende- und Empfangseinrichtung
EP1284428A2 (de) Kopplungsvorrichtung zur Kopplung eines Lichtwellenleiters und einer Diode sowie Montageverfahren

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 09749048

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 09749048

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2