DE19850928C2 - Vorrichtung zur bidirektionalen Übertragung von Datenworten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Filteranordnung für eine Vorrichtung zur bidirekti­ onalen Übertragung von Datenworten.

Eine derartige Filteranordnung ist aus der DE 43 16 810 C1 bekannt. Die Vor­ richtung zur Übertragung von Datenworten weist eine Steuereinheit sowie mehrere mit dieser über ein Leitungssystem verbundene Sensoren und/oder Aktoren auf. Die Datenworte sind als Folgen binärer Signale ausgebildet. Die binären Signale werden als Folgen von Spannungspulsen unterschiedlichen Vorzeichens kodiert über das Leitungssystem übertragen und über die Filteran­ ordnung in die Steuereinheit beziehungsweise die Sensoren oder Aktoren ein­ gespeist.

Die Filteranordnung ist zweikanalig ausgebildet, wobei über einen Signalleiter jeweils die positiven und negativen Spannungspulse unterschiedlichen Aus­ wertekanälen zugeführt werden. Jeder Auswertekanal besteht aus einem Hoch­ pass, einem Tiefpass sowie einem Komparator. Die Ausgänge der Auswerteka­ näle sind auf ein RS Flip Flop geführt.

Mit einer derartigen Filteranordnung können insbesondere Störungen in Form von Überschwingungspulsen eliminiert werden. Derartige Überschwingungs­ pulse sind kurze Störimpulse im Anschluss an einen Nutzsignal- Spannungspuls, welche durch die endlichen Einschwingzeiten der für die Sig­ nalverarbeitung verwendeten Bauteile verursacht sind.

Nachteilig bei dieser Filteranordnung ist jedoch, dass diese nur dann zuverläs­ sig und fehlerfrei arbeitet, wenn die Amplituden der Nutzsignal- Spannungspulse einen vorgegebenen Wert annehmen oder zumindest in einem engen Bereich um diesen Wert liegen.

Aufgrund von Lastschwankungen am Leitungssystem kann jedoch ein vor­ zugsweise niederfrequentes Schwingen der Amplituden der Spannungspulse verursacht werden. Zudem sind die Amplituden der über das Leitungssystem übertragenen Spannungspulse von der Anzahl der angeschlossenen Sensoren oder Aktoren abhängig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Filteranordnung der eingangs genannten Art so auszubilden, dass eine sichere Detektion der über das Lei­ tungssystem übertragenen Spannungspulse unabhängig von deren Maximal- Amplituden ermöglicht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfin­ dung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die erfindungsgemäße Filteranordnung weist eine erste Komparator- Anordnung auf, welchen die positiven und/oder negativen Spannungspulse zugeführt werden. Die Komparator-Anordnung ist an eine Auswerteeinheit angeschlossen.

In den Komparatoren der Komparator-Anordnung werden unterschiedliche Schwellwerte erzeugt, welche den Amplitudenbereich eines ersten Spannungs­ pulses einer Folge von Spannungspulsen umfassen. Somit kann mittels dieser Komparatoren der Maximalwert der Amplitude dieses Spannungspulses be­ stimmt werden.

In Abhängigkeit des so bestimmten Maximalwerts wird in der Auswerteeinheit aus dieser und/oder wenigstens einer weiteren Komparator-Anordnung ein Referenz-Komparator ausgewählt, mittels dessen die Folge von positiven und negativen Spannungspulsen in eine Folge von binären Ausgangssignalen um­ gewandelt wird.

Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, dass der Schwellwert, mit welchem die analogen Spannungspulse in binäre Aus­ gangssignale gewandelt werden, durch eine geeignete Wahl des Referenz- Komparators in Abhängigkeit der Amplitude des ersten Spannungspulses einer Folge von Spannungspulsen erfolgt.

Dadurch erfolgt eine selbsttätige Anpassung des Schwellwerts an die Höhe der aktuell vorliegenden Amplituden der Spannungspulse, so dass eine sichere Sig­ nalauswertung auch dann gewährleistet ist, wenn sich die Amplituden der Spannungspulse im Lauf der Zeit ändern. Dabei wird vorzugsweise jeweils für den ersten Spannungspuls einer ein Datenwort kodierenden Folge von Span­ nungspulsen der Referenz-Komparator neu bestimmt. Dadurch kann der Schwellwert zur Bewertung der Spannungspulse selbst an schnelle Änderungen der Amplitudenverhältnisse angepasst werden.

Desweiteren ist vorteilhaft, dass die Bestimmung des Maximalwerts der Amp­ litude des jeweils ersten Spannungspulses einer Folge in einer Digitalschaltung erfolgt. Dadurch kann mit einfachen Logikbausteinen der Schwellwert im Refe­ renz-Komparator sehr genau und mit hoher Reproduzierbarkeit vorgegeben werden. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass bei digitaler Auswertung der Amplituden der Spannungspulse bereits auf einfache Weise Störsignalimpulse eliminiert werden können. Dies kann insbesondere dadurch erfolgen, dass mit der Anordnung der Komparatoren zur Erfassung des Maximalwerts der Amp­ lituden des ersten Spannungspulses gleichzeitig auch die Breite des Span­ nungspulses erfasst werden kann.

Ein Maß hierfür liefern die Zeiten, für welche die Komparatoren bei der De­ tektion des Spannungspulses aktiviert sind. Insbesondere kann dabei die Zeit der Aktivierung des Komparators n_max herangezogen werden, welcher den maximalen Schwellwert liefert. Da die Breite der Spannungspulse wenigstens in­ nerhalb vorgegebener Grenzen bekannt ist, kann eine der Breite des Span­ nungspulses entsprechende Mindestzeit t_min in der Auswerteeinheit als Para­ meterwert abgespeichert sein. Wird für einen detektierten Spannungspuls diese Zeit t_min nicht erreicht, wird dieser Spannungspuls als Störimpuls verworfen. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist für die Erfassung des Maximalwerts der Amplituden des ersten Spannungsimpulses sowie für die Referenz-Komparatoren zur Bewertung der positiven und negativen Span­ nungspulse jeweils eine separate Komparator-Anordnung vorgesehen. Alterna­ tiv können mehrere oder alle dieser Funktionen auch von einer Komparator- Anordnung durchgeführt werden.

Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: Blockschaltbild einer Vorrichtung zur bidirektionalen Übertragung von Datenworten.

Fig. 2: Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Filteranordnung für die Vorrichtung gemäß Fig. 1.

Fig. 3:

• a) Signalverlauf von Spannungspulsen, welche mit Schwellwerten bewertet werden, die in Anordnungen von Komparatoren der Filteranordnung gemäß Fig. 2 generiert werden.
• b) Ausgangssignale an den Komparatoren der Anordnungen gemäß Fig. 3a sowie an den Ausgängen der Multiplexer und des De­ koders der Filteranordnung gemäß Fig. 2.

In Fig. 1 ist eine Vorrichtung 1 zur bidirektionalen Übertragung von Daten­ worten zwischen einer Steuereinheit 2 und über ein Leitungssystem 3 verbun­ denen Sensoren 4 und Aktoren 4 dargestellt. Die Vorrichtung 1 bildet ein Sensor-Aktor Bussystem, das vorzugsweise nach dem Master-Slave Prinzip arbei­ tet. Während einer Installationsphase werden den Slaves vom Master zu deren Identifikation Adressen zugewiesen. Die Adressen können in in den Slaves integrierten, in den Zeichnungen nicht dargestellten Schnittstellenbausteinen nichtflüchtig gespeichert sein. Während der Betriebsphase des Bussystems werden die Slaves vom Master zum bidirektionalen Austausch von Datenwor­ ten unter den Adressen zyklisch abgefragt.

Die zu übertragenden Datenworte liegen im Master und in den Slaves als Folge von binären Signalen vor. Die binären Signalfolgen bestehen aus einer Gruppe von Bitfolgen, die zwei diskrete Werte 0 oder 1 annehmen, wobei die Dauer eines Bits in der Größenordnung von einigen µsec liegt.

Zweckmäßigerweise werden die binären Signalfolgen als Folge von Span­ nungspulsen mit alternierenden Vorzeichen kodiert. Dabei kodiert beispiels­ weise ein Spannungspuls mit positivem Vorzeichen den Übergang eines Sig­ nals von 0 auf 1 und ein Spannungspuls mit negativem Vorzeichen den Über­ gang eines Signals von 1 auf 0.

Die Spannungspulse weisen zweckmäßigerweise einen sin²-förmigen Verlauf auf. Die Umformung der binären Signale in Spannungspulse erfolgt über in den Zeichnungen nicht dargestellte Drosselspulen an einem Netzteil, das zur Stromversorgung der Slaves dient.

Die Spannungspulse werden über das von Busleitungen gebildete Leitungssys­ tem 3 übertragen. Die Busleitungen sind als Zwei-Draht-Leitungen ausgebildet. Neben den Spannungspulsen wird über die Busleitungen auch die Energie zur Stromversorgung der Slaves übertragen.

Durch externe Störeinflüsse, wie z. B. Störeinstrahlungen von in der Umgebung des Bussystems angeordneten elektronischen Geräten, können den das Nutz­ signal darstellenden Spannungspulsen Störsignale überlagert werden. Um diese Störsignale zu eliminieren, ist an den Eingängen des Masters bzw. der Slaves eine Filteranordnung 5 vorgesehen.

Wie in Fig. 2 dargestellt weist die Filteranordnung 5 eine Eingangsstufe auf, über welche die die Datenworte kodierenden Spannungspulse von den Buslei­ tungen eingelesen werden. Die Eingangsstufe besteht aus einem Tiefpass 6 sowie einem diesem nachgeordneten Hochpass 7. Mit dem Tiefpass 6 werden hochfrequente Störimpulse, welche den Spannungspulsen überlagert sind, aus­ gefiltert. Der Hochpass 7 trennt die die Nutzsignale bildenden Spannungspulse von der Betriebsspannung.

Die so gefilterten Spannungspulse am Ausgang der Eingangsstufe werden drei in einer Parallelschaltung angeordneten Komparator-Anordnungen 8, 9, 10 zugeführt.

Jede der Komparator-Anordnungen 8, 9, 10 besteht aus einer Parallelanordnung von jeweils acht Komparatoren. 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88 und 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98 und 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108. Prinzipiell kön­ nen die einzelnen Komparator-Anordnungen 8, 9, 10 auch unterschiedliche Anzahlen von Komparatoren aufweisen, wobei jedoch zweckmäßigerweise die Anzahl N der Komparatoren in der zweiten und dritten Komparator-Anordnung 9, 10 jeweils gleich groß gewählt wird.

In jeder Komparator-Anordnung 8, 9, 10 wird jeweils in jedem der Komparato­ ren 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108 ein durch eine Vergleichsspannung definierter Schwellwert erzeugt. Wie beispielsweise aus Fig. 3a ersichtlich sind die Schwellwerte innerhalb einer Komparator-Anordnung 8, 9, 10 dabei so ge­ wählt, dass mit aufsteigender Reihenfolge der Komparatoren 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108 die Höhe des Schwellwerts jeweils um einen konstanten Betrag erhöht ist. Somit wird mittels der Komparatoren 81-88, 91-98, 101-108 einer Komparator-Anordnung 8, 9, 10 jeweils ein vorgegebener Spannungsbereich in äquidis­ tanten Schritten abgetastet. Alternativ können die Abstände zwischen zwei auf­ einanderfolgenden Schwellwerten unterschiedlich sein.

Die Ausgänge der Komparatoren 81-88 der ersten Komparator-Anordnung 8 sind auf eine Entscheiderlogik 11 geführt. Die Entscheiderlogik 11 kann bei­ spielsweise als Microcontroller ausgebildet sein.

Die Ausgänge der Komparatoren 91-98 und 101-108 der zweiten und dritten Komparator-Anordnung 9, 10 sind jeweils an einen Multiplexer 12, 13 ange­ schlossen. Ein Ausgang der Entscheiderlogik 11 ist an einen Auswahleingang des ersten Multiplexers 12 und an einen Auswahleingang des zweiten Multi­ plexers 13 angeschlossen.

Die Ausgänge der Multiplexer 12, 13 sind jeweils an einen Eingang des Deko­ ders 14 angeschlossen, welcher ebenfalls als Microcontroller ausgebildet sein kann.

Die Entscheiderlogik 11, die Multiplexer 12, 13 und der Dekoder 14 bilden die Auswerteeinheit der Filteranordnung 5.

Mit der ersten Komparator-Anordnung 8 und der nachgeschalteten Entschei­ derlogik 11 wird jeweils der Maximalwert der Amplitude des ersten Span­ nungspulses einer ein Datenwort kodierenden Folge von Spannungspulsen be­ stimmt.

Dabei wird berücksichtigt, dass dieser erste Spannungspuls in der binären Sig­ nalfolge des Datenworts immer einen Signalübergang von 0 auf 1 kodiert, und somit alle ersten Spannungspulse dasselbe Vorzeichen aufweisen müssen. Bei dem in Fig. 3a dargestellten Beispiel weist dieser Spannungspuls ein positives Vorzeichen auf. Entsprechend wird mit den Komparatoren 81-88 der ersten Komparator-Anordnung 8 ein positiver Spannungsbereich B₁ abgetastet, wobei B₁ so groß gewählt ist, dass in jedem Fall die gesamte Amplitude des Span­ nungspulses mittels der Komparatoren 81-88 abgetastet wird.

Zur Maximalwertbestimmung der Amplitude des ersten. Spannungspulses wer­ den in der Entscheiderlogik 11 die Signalzustände an den Ausgängen der Kom­ paratoren 81-88 ausgewertet. Das binäre Ausgangssignal eines Komparators 81-88 nimmt den Schaltzustand 0 an, solange die Amplitude des Spannungs­ pulses unterhalb des Schwellwerts des Komparators 81-88 liegt. Ein Wechsel in den Schaltzustand 1 erfolgt, sobald die Amplitude des Spannungspulses dem Schwellwert entspricht.

Bei dem in Fig. 3a dargestellten Ausführungsbeispiel weist der erste Span­ nungspuls einen solchen Maximalwert auf, dass die Komparatoren 81 und 82 aktiviert werden, nicht mehr jedoch der Komparator 83.

Die entsprechende Signalauswertung ist in Fig. 3b dargestellt. Zunächst wird der Komparator 81 aktiviert, sobald die Amplitude des ersten Spannungspulses dem Schwellwert dieses Komparators 81 entspricht. Entsprechend der Breite des Spannungspulses verbleibt der Komparator 81 für ein Zeitintervall Δt₁ im Schaltzustand 1. Der nächst höhere Schwellwert des Komparators 82 wird zu einem späteren Zeitpunkt erreicht, so dass dieser Komparator 82 später in den Schaltzustand 1 wechselt. Dabei bleibt der Schaltzustand 1 dieses Komparators 82 entsprechend der Breite des Spannungspulses für die Zeit Δt₂ erhalten. Die maximale Höhe des Spannungspulses liegt unterhalb des Schwellwerts des Komparators 83, so dass die Komparatoren 83-88 nicht mehr aktiviert wer­ den. Dementsprechend wird in der Entscheiderlogik 11 der Schwellwert des Komparators 82 als Maximalwert der Amplitude des ersten Spannungspulses definiert. Dabei wird jedoch abgeprüft, ob die Zeit Δt₂ = Δt_max, für welche der Komparator 82 aktiviert ist, einen in der Entscheiderlogik 11 abgespeicherten Sollwert t_min überschreitet. Ist dies nicht der Fall, wird der Maximalwert wieder verworfen und der nächst kleinere Schwellwert als Maximalwert beibehalten. Auf diese Weise erfolgt eine Eliminierung von kurzen Störimpulsen, welche in der Eingangsstufe nicht ausgefiltert werden. Im vorliegenden Fall ist jedoch Δt_max größer als t_min, so dass in der Entscheiderlogik 11 der Schwellwert des Komparators 82 als Maximalwert der Amplitude des Spannungspulses über­ nommen wird.

Aus den positiven und negativen Spannungspulsen wird in der Auswerteeinheit der Filteranordnung 5 wieder die binäre Signalfolge des entsprechenden Da­ tenworts zurückgewonnen. Zur Umwandlung der Folge der Spannungspulse in eine binäre Signalfolge werden die positiven und negativen Spannungspulse jeweils mittels eines Referenz-Komparators in eine binäre Signalfolge gewan­ delt.

Die Umwandlung der positiven Spannungspulse in eine binäre Signalfolge er­ folgt in der zweiten Komparator-Anordnung 9, welcher der Multiplexer 12 nachgeordnet ist.

Entsprechend erfolgt die Umwandlung der negativen Spannungspulse in eine binäre Signalfolge in der dritten Komparator-Anordnung 10, welcher der Mul­ tiplexer 13 nachgeordnet ist.

Erfindungsgemäß werden die Schwellwerte der Referenz-Komparatoren in Abhängigkeit des Maximalwerts der Amplitude eines ersten Spannungspulses eines Datenworts festgelegt. Dabei wird über die Entscheiderlogik 11 einer der Komparatoren 91-98 der zweiten Komparator-Anordnung 9 als Referenz- Komparator zur Bewertung der positiven Spannungspulse ausgewählt. Des­ weiteren wird über die Entscheiderlogik 11 einer der Komparatoren 101-108 der dritten Komparator-Anordnung 10 als Referenz-Komparator zur Bewertung der negativen Spannungspulse ausgewählt. Durch die Wahl der Schwellwerte in Abhängigkeit der momentanen Signalamplitude, werden Änderungen der Signalamplituden, welche sich beispielsweise durch eine veränderte Anzahl von an die Steuereinheit 2 angeschlossenen Sensoren 4 und Aktoren 4 ergeben, kompensiert, so dass diese Änderungen die Sicherheit der Datenübertragung nicht beeinträchtigen.

Dabei erfolgt die Vorgabe eines Referenz-Komparators derart, dass die Höhe dessen Schwellwerts kleiner als der Maximalwert der Amplitude des ersten Spannungspulses ist. Erfahrungsgemäß ist eine sichere Datenübertragung ge­ währleistet, wenn die Amplituden der auf den ersten Spannungspuls folgenden Spannungspulse wenigstens 80% des Maximalwerts der Amplitude des ersten Spannungspulses erreichen. Der Schwellwert des Referenz-Komparators liegt demzufolge zweckmäßigerweise bei einem etwas geringeren Wert. Typischer­ weise liegt die Höhe des Betrags des Schwellwerts etwa bei 50% des Maxi­ malwerts der Amplitude des ersten Spannungspulses.

Entsprechend der Vorgabe für die Höhe der Schwellwerte der Referenz- Komparatoren sind die Spannungsbereiche B₂, welche von den Komparatoren 91-98, 101-108 der Komparator-Anordnungen 9 und 10 erfasst werden, klei­ ner als der Bereich B₁ der Komparator-Anordnung 8 gewählt. Vorzugsweise liegt der Bereich B₂ in dem Intervall 0,3 B₁ ≦ B₂ ≦ 0,8 B₁. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt B₂ = 0,5 B₁. Demzufolge wird mit der Kompara­ tor-Anordnung 9 zur Bewertung der positiven Spannungspulse ein Spannungs­ bereich im Bereich von 0 Volt bis B₂ abgetastet. Entsprechend wird mit der Komparator-Anordnung 10 zur Bewertung der negativen Spannungspulse ein Bereich von 0 Volt bis - B₂ abgedeckt. Typischerweise beträgt B₁ = 4 Volt und B₂ = 2 Volt.

Die Auswahl der Referenz-Komparatoren sowie die mit diesen Referenz- Komparatoren durchgeführte Signalauswertung ist aus den Fig. 3a und 3b ersichtlich. Der Übersichtlichkeit halber sind nur zwei Spannungspulse mit alternierenden Vorzeichen dargestellt, welche ein Datenwort kodieren. Auf diese ersten Spannungspulse folgt ein Störimpuls.

Die Auswahl des Referenz-Komparators erfolgt durch Ausgabe eines Steuer­ signals der Entscheiderlogik 11 an den jeweiligen Multiplexer 12, 13. Das Steuersignal beinhaltet die Nummer, welche angibt, welche Komparatoren 91- 98, 101-108 in der dem jeweiligen Multiplexer 12, 13 vorgeordneten Kompa­ rator-Anordnung 9, 10 als Referenz-Komparator aktiviert werden soll.

Die von der Entscheiderlogik 11 ausgegebene Nummer ist abhängig von dem jeweils gerade registrierten Maximalwert der Amplitude des ersten Spannungs­ pulses. Als Anfangsbedingung vor Beginn der Abtastung des ersten Span­ nungspulses wird von der Entscheiderlogik 11 der Wert n₀ = 1 ausgegeben. Demzufolge sind zu Beginn der Abtastung jeweils die ersten Komparatoren 91 und 101 der Komparator-Anordnungen 9 und 10 als Referenz-Komparatoren aktiviert.

Während der Abtastung des ersten Spannungspulses wird als Steuersignal von der Entscheiderlogik 11 die Nummer n₀ des Komparators 81-87 oder 88 aus­ gegeben, der von den gerade aktivierten Komparatoren den höchsten Schwell­ wert aufweist.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, ist bei der Abtastung der steigenden Flanke des ersten Spannungspulses der dargestellten Folge von Spannungspulsen zunächst der Komparator 81 aktiviert. Demzufolge wird zunächst in der Entscheiderlo­ gik 11 für die Auswahl der Referenz-Komparatoren der Wert n₀ = 1 an die Multiplexer 12, 13 ausgegeben. Somit werden zunächst der Komparator 91 für die positiven Spannungspulse und der Komparator 101 für die negativen Span­ nungspulse als Referenz-Komparatoren ausgewählt.

Insbesondere ist zum Zeitpunkt t₁ noch der Anfangswert n₀ = 1 im Multiplexer 12, 13 eingelesen, so dass der Komparator 91 den Referenz-Komparator zur Bewertung des ersten Spannungspulses bildet.

Demzufolge wechselt das Ausgangssignal am Multiplexer 12 mit der steigen­ den Flanke des Signals am Komparator 91 in den Schaltzustand 1.

Nachdem die Amplitude des ersten Spannungspulses den Schwellwert des zweiten Komparators 82 überschritten hat und der Komparator für eine Zeit größer als t_min aktiviert geblieben ist, wird über die Entscheiderlogik der Wert n₀ = 2 ausgegeben, so dass die Komparatoren 92 und 102 als Referenz- Komparatoren aktiviert sind.

Da mit dem Komparator 82 bereits das Maximum der Amplitude des ersten Spannungspulses detektiert wurde, ist dieser Wert von n₀ bereits der Maximal­ wert, der die Referenz-Komparatoren für die Signalverarbeitung des auf den ersten Spannungspuls folgenden Rest des Datenworts festlegt. Entsprechend dem Wert n_max = 2 bilden somit die Komparatoren 92 und 102 die Referenz- Komparatoren, mit welchen die weiteren Spannungspulse bewertet werden. Da der Spannungsbereich B₂ nur halb so groß ist wie der Bereich B₁ liegen die Schwellwerte der Referenz-Komparatoren 92 und 102 wie in Fig. 3a darge­ stellt genau bei der Hälfte des Schwellwerts des Komparators 82, welcher ge­ nähert der Maximalamplitude des ersten Spannungspulses entspricht.

Nachdem zu dem Zeitpunkt t₂ bereits die Komparatoren 92 und 102 die Refe­ renz-Komparatoren bilden, geht der Ausgang des Multiplexers 12 mit der fal­ lenden Flanke des Komparators 92 in den Schaltzustand 0 zurück.

Die Bewertung des negativen Spannungspulses, der auf den ersten positiven Spannungspuls folgt, erfolgt mittels des Referenz-Komparators 102. Zum Zeit­ punkt t₄ entspricht die Signalamplitude dieses zweiten Spannungspulses dem Schwellwert des Referenzkomparators 102, worauf dieser in den Schaltzustand 1 wechselt. Mit der steigenden Flanke des Ausgangssignals des Komparators 102 geht das Ausgangssignal am Multiplexer 13 in den Schaltzustand 1 über. Entsprechend geht das Ausgangssignal am Multiplexer 13 zum Zeitpunkt t₅ mit der fallenden Flanke des Ausgangssignals am Referenz-Komparator 102 wieder in den Schaltzustand 0 über.

Auf den zweiten negativen Spannungspuls folgt wie in Fig. 3a dargestellt ein weiterer positiver Spannungspuls, welcher einen Störimpuls bildet. Die Amp­ litude des Störimpulses überschreitet zwar den Schwellwert des Komparators 91, nicht jedoch den Schwellwert des Referenz-Komparators 92. Somit gene­ riert der Störimpuls kein Ausgangssignal am Multiplexer 12 und beeinträchtigt daher nicht die weitere Auswertung im Dekoder 14.

In dem Dekoder 14 wird aus den Ausgangssignalen der Multiplexer 12, 13 die binäre Signalfolge des Datenworts zurückgewonnen, welche in der Folge der über die Busleitungen übertragenen Spannungspulse kodiert war.

Hierzu wechselt, wie in Fig. 3b dargestellt, das im Dekoder 14 generierte bi­ näre Ausgangssignal mit der steigenden Flanke des Ausgangssignals des ersten Multiplexers 12 in den Schaltzustand 1 und mit der steigenden Flanke des Ausgangssignals des zweiten Multiplexers 13 in den Schaltzustand 0.

Wie aus Fig. 3b ersichtlich, ist die auf diese Weise generierte Länge des Wortbestandteils mit dem Bitwert 1 gegenüber korrekter Länge am Anfang um das Intervall Δt verlängert. Diese Verfälschung beruht darauf, dass die Span­ nungspulse nicht von Beginn an mit dem Referenz-Komparator 92 bzw. 102 bewertet wurden. Vielmehr wurde die steigende Flanke des Ausgangssignals am Multiplexer 12 durch den anfänglich ausgewählten Referenz-Komparator 91 generiert.

Zweckmäßigerweise ist zur Korrektur dieses systematischen Messfehlers im Dekoder 14 eine Korrekturtabelle abgespeichert. Da die Pulsbreiten der über die Busleitungen übertragenen Spannungspulse bekannt sind, können in der Korrekturtabelle die Zeitdifferenzen zwischen der Aktivierung des Kompara­ tors mit der Nummer n₀ = 1 und dem Referenz-Komparator mit der Nummer n_max bei der Abtastung des ersten Spannungspulses als Parameterwerte hinter­ legt werden.

Alternativ zu dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel kann anstelle von zwei separaten Komparator-Anordnungen 9 und 10 auch nur eine gemein­ same Komparator-Anordnung vorgesehen sein, in welcher sowohl die positiven als auch die negativen Spannungspulse bewertet werden. In diesem Fall weist die Eingangsstufe einen Gleichrichter zur Gleichrichtung der Spannungspulse auf.

Prinzipiell ist es auch möglich, dass von der Komparator-Anordnung 9 die Funktion der Komparator-Anordnung 8 mitübernommen wird.

Bei der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind die Schwellwerte der Referenz-Komparatoren jeweils gleich groß. Dies ist insbesondere deshalb vorteilhaft, da bei dem gewählten Beispiel die Amplitu­ den der positiven und negativen Spannungspulse ebenfalls gleich groß sind. Jedoch können die Schwellwerte der Referenz-Komparatoren auch unter­ schiedlich groß sein, insbesondere wenn asymmetrische Spannungspulse über die Busleitungen übertragen werden. Die unterschiedlichen Schwellwerte kön­ nen insbesondere dadurch realisiert werden, dass bei der Anordnung gemäß Fig. 2 für die Komparator-Anordnungen 9 und 10 unterschiedliche Span­ nungsbereiche B₁ und B₁' gewählt werden.

Claims (24)

1. Filteranordnung für eine Vorrichtung zur bidirektionalen Übertragung von Datenworten zwischen einer Steuereinheit und über ein Leitungs­ system mit der Steuereinheit verbundenen Sensoren und/oder Aktoren, wobei die Datenworte als Folgen binärer Signale ausgebildet sind, die als Folgen von Spannungspulsen unterschiedlichen Vorzeichens über das Leitungssystem über die Filteranordnung in die Steuereinheit und/oder in die Sensoren oder Aktoren eingespeist werden, wobei Folgen von Span­ nungspulsen wenigstens einer Komparator-Anordnung (8) mit unter­ schiedlichen Schwellwerten generierenden Komparatoren (81-88) zuge­ führt werden, deren Ausgänge an eine Auswerteeinheit angeschlossen sind, wobei mittels der Komparatoren (81-88) für einen ersten Span­ nungspuls einer Folge der Maximalwert der Amplitude bestimmt wird, und dass mittels der Auswerteeinheit in Abhängigkeit des Maximalwerts wenigstens ein Referenz-Komparator aus dieser und/oder wenigstens einer weiteren Komparator-Anordnung (9, 10) ausgewählt wird, mittels dessen die Folge von Spannungspulsen in eine Folge von binären Aus­ gangssignalen umgewandelt wird.

2. Filteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die posi­ tiven und negativen Spannungspulse in einem Gleichrichter gleichgerich­ tet werden, und daß die am Ausgang des Gleichrichters anstehende Folge von Spannungspulsen einer Komparatoranordnung (8, 9 oder 10) mit dem Referenz-Komparator zugeführt wird.

3. Filteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die posi­ tiven und negativen Spannungspulse jeweils einer separaten Kompara­ toranordnung (9, 10) mit jeweils einem Referenz-Komparator zugeführt werden.

4. Filteranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Komparatoranordnungen (9, 10) zur Bewertung der positiven und negati­ ven Spannungspulse jeweils die gleiche Anzahl von Komparatoren (91- 98, 101-108) aufweisen.

5. Filteranordnung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Spannungspulse drei in einer Parallelschaltung angeordneten Komparatoranordnungen (8, 9, 10) zugeführt sind, wobei mittels der er­ sten Komparatoranordnung (8) der Maximalwert der Amplitude des er­ sten Spannungspulses bestimmt wird, und wobei in der zweiten und drit­ ten Komparatoranordnung (9, 10) jeweils mittels eines Referenz- Komparators die steigenden und fallenden Flanken der Folge der binären Ausgangssignale generiert werden.

6. Filteranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungspulse den Komparatoranordnungen (8, 9, 10) über eine Ein­ gangsstufe zugeführt sind, welche aus einem Tiefpaß (6) und einem Hochpaß (7) besteht.

7. Filteranordnung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Auswerteeinheit eine Entscheiderlogik (11) aufweist, welche an die Ausgänge der Komparatoren (81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88) der ersten Komparatoranordnung (8) angeschlossen ist.

8. Filteranordnung nach einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeich­ net, daß der zweiten und dritten Komparatoranordnung (9, 10) jeweils ein Multiplexer (12, 13) nachgeordnet ist, welche Bestandteil der Auswerte­ einheit sind.

9. Filteranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Aus­ gang der Entscheiderlogik (11) an die Multiplexer (12, 13) angeschlossen ist.

10. Filteranordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Multiplexer (12, 13) an einen Dekoder (14) ange­ schlossen sind, welcher Bestandteil der Auswerteeinheit ist.

11. Filteranordnung nach einem der Ansprüche 5-10, dadurch gekennzeich­ net, daß jede Komparatoranordnung (8, 9, 10) jeweils N Komparatoren (81-88, 91-98, 101-108) aufweist, wobei in aufsteigender Reihenfolge n = 1, . . . . N der Komparatoren die Höhe des Schwellwerts jeweils um ei­ nen konstanten Betrag erhöht ist.

12. Filteranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jede Komparatoranordnung (8, 9, 10) jeweils aus N = 8 Komparatoren (81- 88, 91-98, 101-108) besteht.

13. Filteranordnung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der von den Komparatoren (81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88) der ersten Komparatoranordnung (8) abgedeckte Spannungsbereich B₁ an die Amplitude des ersten Spannungspulses angepaßt ist.

14. Filteranordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der von den Komparatoren (91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108) der zweiten und dritten Komparatoranordnung (9, 10) abgedeckte Spannungsbereich B₂ kleiner als B₁ ist.

15. Filteranordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß B₂ in­ nerhalb des Bereichs 0,3 B₁ ≦ B₂ ≦ 0,8 B₁ liegt.

16. Filteranordnung nach einem der Ansprüche 11-15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in der ersten Komparatoranordnung (8) die Komparatoren (81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88) vom Schaltzustand 0 in den Schaltzustand 1 wechseln, sobald die Amplitude des ersten Spannungsimpulses den je­ weiligen Schwellwert des betreffenden Komparators (81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88) erreicht, und daß zur Bestimmung des Maximalwerts der Amplitude der Komparator n_max mit dem höchsten Schwellwert registriert wird.

17. Filteranordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwert des Komparators n_max den Maximalwert der Amplitude des ersten Spannungspulses bildet, falls dieser wenigstens für eine vorgege­ bene Zeit t_min im Schaltzustand 1 verbleibt.

18. Filteranordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß über die Entscheiderlogik (11) an die Multiplexer (12, 13) jeweils die Num­ mer n₀ des Komparators der ersten Komparatoranordnung (8) ausgege­ ben wird, der von den den Schaltzustand 1 aufweisenden Komparatoren den höchsten Schwellwert aufweist, wodurch jeweils der Komparator mit der Nummer n₀ in der zweiten und dritten Komparatoranordnung (9, 10) als Referenz-Komparator ausgewählt wird, wobei n₀ den Wert n_max annimmt, sobald der Maximalwert der Amplitude des ersten Span­ nungspulses detektiert wurde.

19. Filteranordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das binäre Signal am Ausgang eines Multiplexers (12, 13) den Schaltzu­ stand 1 annimmt, sobald der Betrag der Amplitude des Spannungspul­ ses am Eingang der dem Multiplexer (12, 13) vorgeordneten zweiten oder dritten Komparatoranordnung (9, 10) den Schwellwert des Refe­ renz-Komparators erreicht.

20. Filteranordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenworte kodierenden Spannungspulse eine Folge von sin²-förmigen Spannungspulsen mit alternierenden Vorzeichen bilden.

21. Filteranordnung nach einem der Ansprüche 19 oder 20, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das im Dekoder (14) generierte binäre Ausgangssignal mit der steigenden Flanke des Ausgangssignals des ersten Multiplexers (12) in den Schaltzustand 1 wechselt und mit der steigenden Flanke des Aus­ gangssignals des zweiten Multiplexers (13) in den Schaltzustand 0 wech­ selt.

22. Filteranordnung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß zur Korrektur der Pulsbreite des durch den ersten Spannungspuls generierten binären Ausgangssignals im Dekoder (14) eine Korrekturtabelle abge­ speichert ist.

23. Filteranordnung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturtabelle die Zeitdifferenzen zwischen der Aktivierung des Komparators n₀ = 1 und des Komparators n_max bei Abtastung des ersten Span­ nungspulses in der dritten Komparatoranordnung (10) enthält.

24. Filteranordnung nach einem der Ansprüche 1-23, dadurch gekennzeich­ net, daß die Bestimmung des Referenz-Komparators oder der Referenz- Komparatoren jeweils für den ersten Spannungspuls eines Datenworts er­ folgt.