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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft eine Empfangseinrichtung zum Anschluss an eine
Stromschnittstelle und ein Verfahren zum Aufnehmen von Stromsignalen, sowie
eine Steuereinrichtung mit einer derartigen Empfangseinrichtung,
und eine Anordnung aus einer derartigen Empfangseinrichtung und
mindestens einem Sender.
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Zur Übertragung
von Daten bzw. Signalen von Sensoren oder anderer peripherer Einrichtungen an
eine zentrale Steuereinrichtung (ECU) werden in einigen Systemen
Stromschnittstellen verwendet, die unidirektional oder bidirektional
sein können. Derartige Sensorsysteme werden insbesondere
in Insassenschutzsystemen von Fahrzeugen, z. B. der Airbagsteuerung
verwendet. Die
DE
10 2004 013 597 A1 zeigt ein derartiges Sensorsystem mit
einer Steuereinrichtung und einem über eine unidirektionale Stromschnittstelle
verbundenen Sensor, der auch unter der Bezeichnung PAS3 oder PAS4
bekannt ist.
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Die
Stromversorgung wird beim derartigen System im Allgemeinen von einer
Empfangseinrichtung der Steuereinrichtung geliefert, die z. B. als
spezifischer ASIC ausgebildet sein kann und einen Schnittstellenstrom
ausgibt, der sich aus einem Sensorruhestrom und einem Sensordatenstrom
zusammensetzt. Der Sensor kann somit in Abhängigkeit seiner
Messung den Sensor-Ruhestrom modulieren. Bei neuartigen Systemen
können im Synchron-Busbetrieb mehrere Sensoren an eine
gemeinsame Empfangseinrichtung angeschlossen werden. Somit setzt
sich der Strom im Empfänger aus den Stromaufnahmen aller
Sensoren sowie dem modulierten Sendestrom des aktuell sendenden
Sensors zusammen.
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Aufgrund
der verschiedenen Treiberstärken der Sensoren zur Modulierung
der Sendeströme und der verschiedenen Lasten in den Bus-Systemen
zwischen den Sendern und dem Empfänger ergeben sich größere
Toleranzen der Sendeströme. Somit empfängt die
Empfangseinrichtung Signale mit größeren Toleranzen
in den zu interpretierenden Signalformen.
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Zur Übertragung
der Datensignale über Leitungen sind Leitungskodierungen,
insbesondere durch Phasenlagenmodulation wie z. B. die Manchester-Codierung
bekannt. Die z. B. als Rechtecksignale oder unter Berücksichtigung
der endlichen Flankensteilheit als trapezförmige Signale
vorliegenden Empfangssignale werden in der Empfangseinrichtung nachfolgend
wiederum in die entsprechenden Datensignale codiert bzw. decodiert.
Hierzu kann ein Empfangskomparator die aufgenommenen Empfangssignale
mit einer Referenzspannung vergleichen, wobei jedoch der für
jedes Signal genau einzustellende Schwellwert nicht bekannt ist
und bei den verschiedenen Signalen der Sender unterschiedlich sein
kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird
die als Schwellwert dienende Referenzspannung, die in einem Empfangskomparator
zum Vergleich mit dem Empfangssignal herangezogen wird, in Abhängigkeit
einer Bewertung des von dem Empfangskomparator ausgegebenen Differenzsignals
eingestellt. Gegenüber einer einfachen Einstellung der
Referenzspannung durch z. B. Mittelung des oberen und unteren erfassten
Spannungspegels des Empfangssignals kann hierdurch eine genauere
Ermittlung der Referenzspannung erreicht werden.
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Erfindungsgemäß kann
insbesondere eine Bewertung des Signalverlaufs erfolgen. Hierzu
können insbesondere die in dem Differenzsignal enthaltenen
High-Bits und Low-Bits in einem Messzeitraum quantitativ ausgewertet
werden; dem entspricht die Auswertung der Gesamtbreite der High-Spannungspegel
und Low-Spannungspegel des Differenzsignals in dem Messzeitraum.
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Erfindungsgemäß kann
insbesondere die spezifische Leitungskodierung der strommodulierten Signale
ausgenutzt werden. Insbesondere bei einer Manchester-Codierung,
bei der eine Modulation der Phasenlage des Ausgangsdatensig nals
erfolgt, ist Idealerweise die Anzahl der High-Bits und Low-Bits – über
einen hinreichend großen Messzeitraum – gleich.
Erfindungsgemäß wird erkannt, dass somit das Diffrenzsignal
daraufhin untersucht werden kann, ob es über einen hinreichenden
Bewertungszeitraum bzw. Messzeitraum eine gleiche Anzahl von High-Bits
und Low-Bits aufweist. Durch eine Nachregulierung der Referenzspannung
kann dann eine entsprechende Veränderung der Anzahl der High-Bits
und Low-Bits erreicht werden. Somit kann bei einer Ermittlung einer
höheren Anzahl von High-Bits als der Anzahl von Low-Bits
die Referenzspannung angehoben, und entsprechend bei Ermittlung
einer höheren Anzahl von Low-Bits als High-Bits die Referenzspannung
abgesenkt werden.
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Erfindungsgemäß werden
somit einige Vorteile erreicht. Es wird ein vom Aufbau her einfacher und
dennoch wirksamer Regelkreis zur Nachregulierung der Referenzspannung
gebildet. Erfindungsgemäß kann noch vor der Codierung
bzw. Decodierung des ermittelten Differenzsignals und somit vor
einer Auswertung des Dateninhalts durch eine vom Aufwand her geringe
Nachregulierung eine deutliche Verbesserung der Signalqualität
erreicht werden. Eine derartige Nachregulierung kann erfindungsgemäß insbesondere
auch für die unterschiedlichen Kanäle bzw. Sender
erfolgen. Erfindungsgemäß können die
ermittelten Referenzspannungen den jeweiligen Kanälen zugeordnet
und abgespeichert werden.
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Durch
eine die quantitative Bewertung kann eine sehr hohe Genauigkeit
der Einstellung der Referenzspannung erreicht werden. Der hierfür
erforderliche Messzeitraum kann mehrere Bits umfassen, wobei bereits
eine Anzahl von einigen Bits, z. B. zehn oder zwanzig Bits, eine
deutliche Verbesserung in der Einstellung der als Schwellwert dienenden
Referenzspannung ermöglicht.
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Es
wird insbesondere auch eine flexible und sichere Detektion in Systemen
mit mehreren und gegebenfalls auch verschiedenen Sensoren an einer einzigen
Empfangseinrichtung ermöglicht, ohne die Empfangseinrichtung
vorher genau auf die Referenzspannung abgleichen und ggf. programmieren
zu müssen. Mögliche Störungen und Veränderungen
im Bus-System können somit flexibel korrigiert werden, womit
erfindungsgemäß eine automatisch adaptierbare
Empfangseinrichtung erreicht wird.
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Grundsätzlich
können erfindungsgemäß auch quantitative
Bewertungen der Anzahl der High-Bits und Low-Bits für andere
Phasenlagen-modulierte Codierungen erfolgen, z. B. auch für
einen differenziellen Manchester-Code oder ein Biphase-Mark-Code.
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Die
erfindungsgemäße Ausbildung der Empfangseinrichtung
kann rein hardwaremäßig erfolgen; insbesondere
kann jedoch z. B. die Differenzbewertungseinrichtung rein softwaremäßig
ausgebildet sein und durch die nachfolgende Codiereinrichtung zur
Manchester-Codierung bzw. Manchester-Decodierung realisiert werden.
Der Empfangskomparator kann grundsätzlich vom Aufbau her
eine beliebige Vergleichschaltung zum Vergleichen zweier analoger Spannungen
sein.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung;
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1a, 1b zeigen
Ausschnitte aus 1 mit alternativen Bussystemen;
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2 zeigt
Signaldiagramme des Empfangssignals und des hieraus gewonnenen Manchester-Datensignals
bei unterschiedlichen Erkennungsschwellen bzw. Vergleichsspannungspegeln.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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In
den Zeichnungen sind ähnliche oder entsprechende Elemente
mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen.
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Gemäß 1 weist
eine Schaltungsanordnung 1 mindestens einen Sensor 2,
z. B. einen mikromechanischen Sensor 2, und eine zentrale
Steuereinrichtung (ECU) 4 auf. Die zentrale Steuereinrichtung 4 weist
wiederum eine Empfangseinrichtung 3 auf, die mit dem Sensor 2 über
eine Stromschnittstelle 6 verbunden ist, die hier als Bussystem 6 mit
mindestens einer Busverbindung 5 ausgebildet ist. Die Busverbindung 5 kann
als Zwei-Draht-Busverbindung 5 mit zwei Leitun gen 7a und 7b ausgebildet sein, über
die ein Schnittstellenstrom I fließt. Der Sensor 2 erzeugt
hierbei in dem Schnittstellenstrom I durch Strommodulation Stromsignale
S0 und stelltt somit einen erfindungsgemäßen Sender
dar.
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Erfindungsgemäß können
gemäß 1 an die zentrale Steuereinrichtung 4 insbesondere
auch mehrere Sensoren 2 angeschlossen sein, so dass das
Bussystem 6 zwei oder mehr Busverbindungen 5 aufweist.
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Die
Empfangseinrichtung 3 kann z. B. als separater Empfangs-IC
ausgebildet oder auch in die Steuereinrichtung 4 integriert
sein. Die Empfangseinrichtung 3 weist eine Anschlusseinrichtung 8 auf,
die z. B. in an sich bekannter und hier nicht gezeigter Weise eine
Stromquelle zur Erzeugung des Schnittstellenstroms I und einen Spannungsdetektor
zur Detektion der modulierten Stromsignale S0 aufweist.
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1a und
b zeigen Ausschnitte aus dem Blockdiagramm der 1 mit
anderen Bussystemen 6a und 6b. Hierbei sind die
weiteren Elemente aus 1 der Anschaulichkeit halber
weggelassen worden. In 1a sind die Sensoren 2 an
gemeinsame Leitungen 7a, 7b angeschlossen, so
dass die Anschlusseinrichtung 8 nur einen Anschluss für
eine einzige Busverbindung 5 aufweist. In 1b sind
die Sensoren 2 als Kette hintereinander geschaltet, so dass
auch hier dass die Anschlusseinrichtung 8 nur einen Anschluss
für eine einzige Busverbindung 5 aufweist. Im
folgenden wird die Erfindung weiter mit Bezug zu 1 beschrieben.
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Jeder
Sensor 2 weist eine Strommodulationsschaltung auf, die
den von der Anschlusseinrichtung 8 ausgegebenen Ruhestrom
moduliert und hierdurch die Stromsignale S0 an die Anschlusseinrichtung 8 überträgt.
Somit kann jeder Sensor 2 ohne eigene separate Energieversorgung
bzw. Spannungsquelle ausgestattet sein und über den Schnittstellenstrom
I gespeist werden.
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Die
Anschlusseinrichtung 8 nimmt das Stromsignal S0 auf und
gibt ein Empfangssignal S1 als Spannungssignal an einen Empfangskomparator 9 aus,
der weiterhin eine Referenzspannung UR von einer Referenzspannungsquelle 10 aufnimmt.
Der Empfangskomparator 9 vergleicht das Empfangssignal
S1 mit der als Schwellwert dienenden Referenzspannung UR und gibt
in Abhängigkeit des Vergleichs ein Differenzsignal S2 an
einen Manchester-Encoder 12 aus.
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Der
Sensor 2 gibt die Stromsignale S0 mit einer Manchester-Codierung
aus, die als solche bekannt ist und einen Leitungscode darstellt,
der eine Modulation der Phasenlage des zu übertragenden Signals
bewirkt. Bei einer Manchester-Codierung werden die High- und Low-Bits
des zu codierenden Datensignals durch steigende bzw. fallende Kanten der
Bits des Manchester-Codes wiedergegeben, wobei zwischendurch Kann-Flanken
vorgesehen sind, die keine Dateninformation tragen und zum Übergang
zwischen zwei steigenden oder zwischen zwei fallenden Flanken dienen.
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Das
Empfangssignal S1 und auch das Differenzsignal S2 sind somit Manchestercodiert.
Der Manchester-Encoder 12 führt eine Manchester-Encodierung
bzw. Decodierung durch und gibt ein Datensignal S4 an eine weitere
Einrichtung 14 der Empfangseinrichtung 4 aus,
wobei die Einrichtung 14 z. B. eine Bewertung oder Auswertung
des Datensignals S4 durchführen kann.
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Durch
unterschiedliche Treiberstärken und der verschiedenen Lasten
in den Bus-Verbindungen 5 zwischen den Sensoren 2 und
der Empfangseinrichtung 3 ergeben sich größere
Toleranzen der Stromsignale S0. Somit empfängt die Empfangseinrichtung 3 Stromsignale
S0 mit größeren Toleranzen in den zu interpretierenden
Signalformen. Die genaue Lage des Schwellwerts, d. h. die Höhe
der einzustellenden Referenzspannung UR, kann somit für die
verschiedenen Sensoren 2 und gegebenenfalls auch zeitlich
für jeden Sensor 2 variieren.
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Erfindungsgemäß wird
ausgenutzt, dass bei der Manchester-Codierung in dem Stromsignal
S0 bzw. dem hieraus gewonnenen, als Spannungssignal vorliegenden
Empfangssignal S1 eine gleiche Anzahl von High-Bits H und Low-Bits
L vorliegen. Somit weist ein Manchester-Code-Signal – ggf.
nach hinreichend vielen Bits – jeweils immer gleich viele
High- und Low-Bits auf.
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Erfindungsgemäß wird
daher das Differenzsignal S2 einer Differenzbewertungseinrichtung 15 zugeführt,
die gemäß dem mit Bezug zu 2 beschriebenen
Verfahren das Differenzsignal S2 bewertet und ein Steuersignal S3
an die Referenzspannungsquelle 10 ausgibt.
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2 zeigt
in den Diagrammen a, b, c jeweils den zeitlichen Verlauf eines nicht
idealen Empfangssignals S1 über einen Messzeitraum Δt
mit unterschiedlichen Referenzspannungen UR bzw. Erkennungsschwellen,
und das hieraus abgeleitete Differenzsignal S2.
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Der
Empfangskomparator 9 gibt in den Diagrammen a, b, c jeweils
ein High- oder Low-Signal aus, je nachdem, ob das Empfangssignal
S1 oberhalb oder unterhalb der jeweiligen Referenzspannung UR liegt.
In 2a liegt die Referenzspannung UR relativ weit
oben in dem trapezförmigen Empfangssignal S1. Zwischen
der ersten steigenden Flanke 20-1 und der ersten fallenden
Flanke 20-2 des Empfangssignals S1 ergibt sich somit ein
schmaler High-Bereich 21-1 als Signalbereich. Zwischen
der fallenden Flanke 20-2 und der zweiten steigenden Flanke 20-3 ergibt
sich nachfolgend ein relativ breiter Low-Bereich 21-2,
gefolgt entsprechend von einem High-Bereich 21-3 bis zu
der nächsten fallenden Flanke 20-4 und einem relativ
breiten Low-Bereich 21-4 bis zu der steigenden Flanke 20-5.
Somit wird bei dem sich ergebenden Differenzsignal S2 eine größere
Gesamtbreite der Low-Bereiche als der High-Bereiche auftreten. Bei
einer Zuordnung von Bits zu den Bereichen, z. B. einem High-Bit
H für den Bereich 21-1 und zwei Low-Bits L für
den Bereich 21-2 ergeben sich somit mehr Low-Bits L als High-Bits
H. Somit kann direkt aus dem Differenzsignal S1 erkannt werden,
dass die Referenzspannung UR zu hoch angesetzt ist.
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Diagramm
b der 2 zeigt den entsprechenden Fall bei einer zu niedrigen
Referenzspannung UR, d. h. zu niedrig angesetzten Erkennungsschwelle.
Es ergibt sich ein breiterer High-Bereich 21-1 gefolgt
von einem schmalen Low-Bereich 21-2 und einem sehr breiten
High-Bereich 21-3. Bei einer Zuordnung von Bits ergeben
sich somit in dem Differenzsignal S2 mehr High-Bits H als Low-Bits
L.
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Diagramm
c der 2 zeigt die Erkennung des Empfangssignals S1 mittels
einer korrekt eingestellten Referenzspannung UR. Es ergeben sich
in dem Differenzsignal S2 gleich breite High- und Low-Bereiche,
d. h. eine gleiche Anzahl von High-Bits H und Low-Bits L.
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Im
Fall a der 2 ermittelt die Differenzbewertungseinrichtung 15 somit,
dass in dem Differenzsignal S2 über den Messzeitraum Δt
die Anzahl der High-Bits H kleiner als die Anzahl der Low-Bits L
ist, und gibt ein Steuersignal S3 an die Referenzspannungsquelle 10 zur
Absenkung von UR. Wenn nachfolgend z. B. das Differenzsignal S2
entsprechend der 2b ausgegeben wird,
erkennt die Differenzbewertungseinrichtung 15 somit, dass
UR zu niedrig angesetzt wurde, so dass über ein entsprechendes Steuersignal
S3 die Referenzspannungsquelle 10 angewiesen wird, die
Referenzspannung UR zu erhöhen und eine Referenzspannung
UR zwischen den beiden vorherigen Werten anzusetzen. Somit beschreiben
die Einrichtungen 9, 15, 10 einen Regelkreis
zur Einstellung bzw. Nachregelung der Referenzspannung UR. Somit
kann das Differenzsignal S2 entsprechend Diagramm c der 2 auch
bei dem gezeigten nicht idealen Empfangssignal S1 korrekt eingestellt
werden, so dass nachfolgend der Manchester-Encoder 12 die
Codierung bzw. Decodierung zu dem Datensignal S4 vornehmen kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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