WO2003005659A2 - Line code for data transmission in a motor vehicle - Google Patents
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- WO2003005659A2 WO2003005659A2 PCT/DE2002/002422 DE0202422W WO03005659A2 WO 2003005659 A2 WO2003005659 A2 WO 2003005659A2 DE 0202422 W DE0202422 W DE 0202422W WO 03005659 A2 WO03005659 A2 WO 03005659A2
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- H04L25/49—Transmitting circuits; Receiving circuits using code conversion at the transmitter; using predistortion; using insertion of idle bits for obtaining a desired frequency spectrum; using three or more amplitude levels ; Baseband coding techniques specific to data transmission systems
- H04L25/4904—Transmitting circuits; Receiving circuits using code conversion at the transmitter; using predistortion; using insertion of idle bits for obtaining a desired frequency spectrum; using three or more amplitude levels ; Baseband coding techniques specific to data transmission systems using self-synchronising codes, e.g. split-phase codes
Definitions
- the invention relates to a unit for outputting a signal on a transmission channel in a motor vehicle, a unit for receiving a signal from a transmission channel in a motor vehicle, an arrangement for data transmission in a motor vehicle via a transmission channel and a method for data transmission in a motor vehicle.
- Such distributed control or computing units are usually understood to mean units which are arranged at different points in the motor vehicle. Because of their need to exchange data, these control and computing units are connected to one another via a transmission channel — contactless or wired.
- sensors arranged in the engine compartment, in the doors or in the tires transmit data to central processing units which use the received data algorithmically and actuate corresponding actuators.
- the data transmission between the above-mentioned units is usually carried out asynchronously. To correctly reconstruct the data in the receiver, the receiver must therefore know the clock information of the sending unit. Because of this, this clock information must be transmitted over the transmission path from the transmitter to the receiver. If clock information is transmitted in addition to the other information, the transmission bandwidth increases.
- the data transmission has an overhead.
- the data generated in a unit - for example a sensor - are encoded for the purpose of data transmission to a remote location in this unit.
- the experts here also speak of channel coding, which generates the brings data into a form suitable for transmission. This takes place on the basis of a coding rule which transcodes the input signal into the signal to be transmitted.
- the term input signal is always used for the signal present in the transmitter, the information of which is to be transmitted to the receiver.
- FIG. 2 shows these known coding methods for data transmission in a motor vehicle.
- FIG. 2a shows an input signal DATA over time t, the information of which is to be transmitted to a receiver via a transmission channel.
- the input signal DATA is binary coded, that is, it has a character set of two characters, namely a 0 and a 1.
- Individual signal units of the input signal DATA have a duration T.
- Several such signal units lined up and each occupied with one character from the character set result in a data word that is physically present as a signal, characterized by its voltage or current states.
- FIG. 2b shows a work cycle TAKT of the sending output unit
- FIGS. 2c and 2d show signals CHAN that are associated with the input signal DATA and are channel-coded according to certain coding regulations
- FIG. 2c shows a signal CHAN to be transmitted that was obtained from the input signal DATA after the NRZ coding.
- This coding is initially a 1: 1 mapping of the input signal.
- UART Universal Asynchronous Receive Transmit
- the receiver is only synchronized by a start signal.
- the free-running oscillator provided in the receiver for clock generation may have a predetermined tolerance range until further synchronization with the transmitter by another Do not leave the start signal. This either requires a high-precision oscillator in the receiving unit, or else high-frequency synchronization, which is at the expense of the transmission bandwidth.
- FIG. 2d shows a channel-coded signal CHAN to be transmitted, which was obtained from the input signal DATA by Manchester coding.
- Manchester coding is characterized by the fact that, like NRZ coding, it uses a binary character set. Within a signal unit T of the input signal, however, two characters / signal states are provided in the manchester-coded signal. The change from one character of the input signal to its complementary character in the subsequent signal state is implemented by the Manchester code by a phase change.
- the Manchester Code thus offers the possibility of clock recovery in the receiver within a theoretical tolerance range of 50%. However, this option of clock recovery is purchased by doubling the bandwidth, since one signal unit (bit) of the input signal is represented by two signal states during the same time period T in the signal to be transmitted.
- a channel coding based on current modulation is known from WO 98/52 792-A.
- the channel coding has a character set of three characters, HIGH, LOW and zero.
- the input signal provides a binary code. According to the coding regulation, ones of the input signal are alternately coded in HIGH and LOW pulses in the signal to be transmitted. Zeros of the input signal remain zero levels in the signal to be transmitted.
- a data transmission method is known from EP 0 384 258 A2, in which a binary input signal is channel-coded by means of an AMI (Alternate Mark Inversion) code in connection with a pulse width modulation. The input signal is first pulse-width modulated before the pulse-width-coded signal thus formed is subjected to an alternate mark inversion.
- AMI Alternate Mark Inversion
- a disadvantage of this data transmission method is the increased bandwidth in the signal to be transmitted compared to the input signal.
- the narrow pulses generated by pulse width modulation pose EMC problems.
- the channel coding is carried out in such a way that the code for the signal to be transmitted via the channel contains at least one more character in its character set than the character set from which the input signal is formed whose information is ultimately to be transmitted.
- a binary code then the signal to be transmitted is formed at least from a ternary code, ie there are three different characters, which are represented for example by three different signal states on the line, available to form a signal.
- n characters are available for the input signal, with n as an integer, and at least n + 1 characters for the signal to be transmitted.
- the channel coding in the channel coding according to the invention a signal unit of the input signal is mapped one to one onto a signal unit of the signal to be transmitted.
- the signal units of the input signal and the signal to be transmitted thus have the same duration.
- the invention provides that in the signal to be transmitted, two successive signal units always have different characters from the assigned character set.
- the implementation of this feature is achieved in that the character set of the channel code comprises one character more than the character set assigned to the input signal.
- the continuous change of state in the signal to be transmitted in turn now contributes to the fact that the working cycle of the remotely located output unit can be easily recovered in the receiving unit. Since the time units of the signal units of the input signal in the output unit and of the signal received by the receiving unit correspond and a change of state occurs after each signal unit, the receiving unit only needs to detect the change of state in the received signal in order to derive the operating cycle of the output unit can. At the same time, however, the bandwidth is not increased, e.g. B. in the Manchester coding introduced at the outset, since the time units for the individual bits (signal units) are always of the same duration.
- the advantage of the invention is that no or only imprecise oscillators have to be used in the receiver. This allows a more economical overall arrangement.
- the inaccurate oscillators can be integrated on a chip.
- Standard bus drivers can also be used.
- the invention can always be used in a motor vehicle as soon as data are to be transmitted between two computing or control units.
- the invention is used in particular where sensor data from sensors distributed over the vehicle are connected to control units arranged in the vehicle center and feed these control units with sensor data.
- the invention is used in occupant protection technology for the transmission of sensor data from impact sensors arranged on the vehicle front or on the vehicle sides to an evaluation unit arranged in the vehicle center.
- the impact sensors can be acceleration sensors with downstream signal processing and a corresponding interface, or they can also be pressure sensors.
- FIG. 1 signal curves for the coding method according to the invention
- FIG. 2 signal curves belonging to known coding methods reindeer
- FIG. 3 shows a block diagram of an arrangement according to the invention
- FIG. 4 shows a CAN driver arrangement of an output unit according to the invention
- FIG. 5 shows a receiving unit according to the invention
- FIG. 6 shows a table for driver activation of an output unit according to the invention and a reception unit according to the invention
- FIG. 7 shows a signal curve with respect to a two-wire transmission medium in accordance with ISO 11898
- FIG. 8 components of an output unit according to the invention
- FIG. 9 shows a status table associated with the output unit according to FIG. 8,
- FIG. 10 shows another exemplary embodiment of a receiving unit according to the invention
- FIG. 11 shows a status table belonging to the receiving unit according to FIG. 10.
- Figure la shows an exemplary binary input signal DATA over time t with exemplary four signal units (bits), each of a time duration T.
- the binary character set is exhausted in a HIGH and a LOW character.
- the HIGH symbol is identified in the output unit by a 5 volt voltage state, the LOW symbol by a 0 volt voltage state.
- the exemplary input signal DATA contains the following characters sequentially: HIGH, LOW, LOW, HIGH.
- This input signal DATA is to be transmitted via a transmission channel in the motor vehicle. It is in the output unit.
- the output unit contains a coding unit with a coding rule for transcoding the input signal DATA into a signal CHAN to be transmitted via the transmission channel, which is then output to the transmission signal.
- the signal CHAN to be transmitted associated with the input signal DATA according to FIG. 1a can be seen according to FIG. 1b.
- a character set with three characters - HIGH, LOW, NULL - is provided for the signal CHAN to be transmitted.
- Each signal unit of the input signal DATA corresponds to a signal unit of the signal CHAN to be transmitted.
- the bit times are therefore the same in both signals so that there is no increase or decrease in bandwidth.
- the HIGH sign corresponds to a plus 5 volt voltage pulse
- the LOW sign corresponds to a minus 5 volt voltage pulse
- the NULL sign corresponds to a zero volt voltage state.
- the coding rule for the channel coding according to the invention provides the following rules:
- a HIGH sign in the DATA input signal is always encoded in a HIGH sign in the CHAN signal to be transmitted.
- a LOW character in the DATA input signal is always coded into a LOW character in the CHAN signal to be transmitted.
- this additional LOW character in the CHAN output signal is not encoded in another LOW character, but in a NULL character.
- a HIGH sign immediately following a HIGH sign is coded by a NULL sign in the signal CHAN to be transmitted.
- the preceding character in the CHAN signal to be transmitted is a ZERO character
- coding is carried out according to the basic coding presented above, so that a further LOW character in the DATA input signal is coded with a LOW character in the CHAN signal to be transmitted, or a following HIGH character in the DATA input signal is coded to a HIGH character in the CHAN signal to be transmitted.
- a LOW character in the input signal can be converted into a HIGH character in the signal to be transmitted.
- the signal-to-noise ratio is not reduced by using this coding when using the ISO 11898 layer. At most there are steeper edges when changing from a HIGH sign to a LOW sign.
- FIG. 1 shows the signal CHAN belonging to the input signal DATA, to be transmitted, coded according to the above coding regulation.
- FIG. 3 shows an arrangement according to the invention with two combined output and reception units 4, which are connected via a transmission medium 3, which in turn has two bus lines 31 and 32.
- the first output and reception unit 4 contains a microcontroller 13 with an interface 131, an encoder 11, a decoder 21 and two drivers 22.
- the drivers 22 are CAN drivers in the form of standard components that use cables and connectors standardized according to DIN ISO 11898 can. The drivers are connected antiparallel to one another and to the transmission medium 3.
- the CAN HIGH output of driver 12 (component A) and the CAN LOW output of further driver 12 (component B) are connected to first bus line 31.
- the CAN-LOW output of the first driver 12 (component A) is connected to the CAN-LOW output of the second driver 12 (component B) with the second bus line 32.
- the bus states HIGH, LOW and NULL can be generated between the bus lines.
- FIG. 4 shows the two drivers 12 and their anti-parallel connection with one another.
- the input TXA is assigned to the first driver 12, the input TXB to the second driver 12.
- FIG. 6 shows a table from which, among other things, it can be seen how the inputs TXA and TXB of the driver 12 are to be assigned to the bus states LOW, ZERO and Get HIGH. For example, for a LOW bus state, TXA should be controlled with 1 and TXB with ZERO at the same time. Such an interconnection of the drivers is only permitted if it is excluded that the two drivers are not actively driving different potentials. According to table Figure 6, a state must be prevented in which both driver inputs TXA and TXB are not occupied.
- PCA82C250 blocks from Philips are used as CAN drivers.
- FIG. 7 shows a signal transmitted on a bus, recorded after the course of the signal potentials on the individual bus lines 31 and 32.
- the differential voltage between these two bus lines supplies the signal level of the signal to be transmitted.
- the driver modules 12 are controlled via the signals TXA and TXB by the coding unit 11, which implements the coding rule according to the invention.
- SPI Serial Peripheral Interface
- the drivers 12 of a combined output and reception unit 4 function to receive signals transmitted on the transmission medium 3. These drivers 12 convert the received bus signals into signals RXA and RXB.
- the basis of this transformation process is again the state table according to FIG. 6 with regard to the outputs RXA and RXB of the drivers 12.
- the drivers 12 thus serve as CAN bus transceivers.
- the signals RXA and RXB are fed to the coding unit 21.
- the received signals are decoded in the decoding unit 21 and fed to the microcontroller for further processing as the working signal DATA via the interface 131.
- a work cycle STROBE is derived from the received signals, which in turn is fed back to the coding unit 11.
- the further combined output and reception unit 4 is constructed symmetrically and in turn contains micro- Controller 23 with interface 231, a coding unit 11, a decoding unit 21 and two drivers 22, all of whose functions have already been dealt with.
- the data transmission follows the following sequence:
- the microcontroller 13 sends an NRZ data sequence via the SPI interface 131.
- the coding unit 11 converts this into a so-called tri-state signal (TXA, TXB).
- the CAN bus transceivers / drivers 12 then use these to generate the corresponding bus states.
- the bus transceiver 12 of the further combined output and reception unit 4 receives the signal and converts it accordingly into the signals RXA and RXB.
- a decoding unit 21 of the receiver uses this to generate the working signal DATA, which should otherwise be the same as the input signal DATA, and the working clock strobe, which are fed to the microcontroller 23 via the SPI interface 231.
- the decoding unit 21 is clocked by the controller 23.
- the clock must be more than twice the data rate.
- the clock rate has no upper limit.
- Coding and decoding units 11 and 21 can be implemented as hardware or as software in a microcontroller.
- TX is the input signal of the coding unit 11 and thus corresponds to the input signal DATA.
- the signals TXA and TXB correspond to the sizes Q2 and Q1 in the table.
- the coding unit 11 does not end with a ZERO character, but with a LOW character or a HIGH character.
- the end bus state must be the idle state zero. There are several ways to ensure this: On the one hand, this end bus state can be achieved by a logical condition: If the number of bits of the same name last counted is odd, a pseudo bit of the same name is appended, through which the coding unit returns to the zero state. This function can be carried out either in the microcontroller or in the coding unit.
- a time condition can be introduced: The coding unit sets the ZERO state if no state change has occurred after a certain time.
- the decoding in the decoding unit can be done by software at slow transmission speeds in the range up to 10 kilobits per second. For higher transmission rates, the decoding unit must be implemented in hardware.
- a state table of the decoding unit is shown in Figure 11.
- D (NOT) Q2 * (NOT) RxA * RxB + (NOT) RxA * RxB + (NOT) Ql * Q2 * RxA * RxB + D * Ql * Q2 * RxA * RxB;
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Abstract
Description
Beschreibungdescription
Ausgabeeinheit, Empfangseinheit, Anordnung zur Daten bertragung in einem Kraftfahrzeug sowie Verfahren dazuOutput unit, receiving unit, arrangement for data transmission in a motor vehicle and method therefor
Die Erfindung betrifft eine Einheit zum Ausgeben eines Signals auf einen Ubertragungskanal in einem Kraftfahrzeug, eine Einheit zum Empfangen eines Signals von einem Übertragungskanal in einem Kraftfahrzeug, eine Anordnung zur Datenübertragung in einem Kraftfahrzeug über einen Ubertragungskanal sowie ein Verfahren zur Datenübertragung in einem Kraftfahrzeug.The invention relates to a unit for outputting a signal on a transmission channel in a motor vehicle, a unit for receiving a signal from a transmission channel in a motor vehicle, an arrangement for data transmission in a motor vehicle via a transmission channel and a method for data transmission in a motor vehicle.
Kraftfahrzeuge weisen oftmals verteilte Steuer- oder Recheneinheiten auf. Unter solchen verteilten Steuer- oder Recheneinheiten versteht man gewöhnlich Einheiten, welche an unterschiedlichen Stellen m Kraftfahrzeug angeordnet sind. Diese Steuer- und Recheneinheiten sind aufgrund ihrer Notwendigkeit, Daten auszutauschen, über einen Ubertragungskanal - be- ruhrungslos oder leitungsgebunden - miteinander verbunden. Dabei übertragen beispielsweise im Motorraum, in den Türen o- der m Reifen angeordnete Sensoren Daten zu zentralen Recheneinheiten, welche die empfangenen Daten algorithmisch verwerten und entsprechend Aktoren betätigen. Gewöhnlich erfolgt die Datenübertragung zwischen den oben genannten Einheiten a- synchron. Zu einer korrekten Rekonstruktion der Daten im Empfanger uss dieser deshalb die Taktinformation der sendenden Einheit kennen. Aufgrund dessen muss diese Taktinformation u- ber die Übertragungsstrecke vom Sender zum Empfanger übertragen werden. Wird eine Taktinformation zusätzlich zur sonstigen Information übertragen, so nimmt die Übertragungsbandbreite zu. Die Datenübertragung weist einen Overhead auf.Motor vehicles often have distributed control or computing units. Such distributed control or computing units are usually understood to mean units which are arranged at different points in the motor vehicle. Because of their need to exchange data, these control and computing units are connected to one another via a transmission channel — contactless or wired. In this case, for example, sensors arranged in the engine compartment, in the doors or in the tires transmit data to central processing units which use the received data algorithmically and actuate corresponding actuators. The data transmission between the above-mentioned units is usually carried out asynchronously. To correctly reconstruct the data in the receiver, the receiver must therefore know the clock information of the sending unit. Because of this, this clock information must be transmitted over the transmission path from the transmitter to the receiver. If clock information is transmitted in addition to the other information, the transmission bandwidth increases. The data transmission has an overhead.
Die m einer Einheit - beispielsweise einem Sensor - generierten Daten werden zum Zwecke der Datenübertragung an einen entfernten Ort m dieser Einheit codiert. Die Fachwelt spricht hier auch von einer Kanalcodierung, die die generier- ten Daten in eine für die Übertragung geeignete Form bringt. Dies erfolgt anhand einer Codierungsvorschrift, die das Eingangssignal in das zu übertragende Signal umcodiert. Im folgenden wird der Begriff des Eingangssignals stets für das im Sender vorliegende Signal verwendet, dessen Information an den Empfanger übertragen werden soll.The data generated in a unit - for example a sensor - are encoded for the purpose of data transmission to a remote location in this unit. The experts here also speak of channel coding, which generates the brings data into a form suitable for transmission. This takes place on the basis of a coding rule which transcodes the input signal into the signal to be transmitted. In the following, the term input signal is always used for the signal present in the transmitter, the information of which is to be transmitted to the receiver.
In der Kraftfahrzeugtechnik werden solche Eingangssignale gewöhnlich nach dem NRZ-Code oder dem Manchester-Code codiert und im folgenden übertragen. Figur 2 zeigt in diesem Zusammenhang diese bekannten Codierungsverfahren zur Datenübertragung in einem Kraftfahrzeug.In automotive engineering, such input signals are usually encoded according to the NRZ code or the Manchester code and then transmitted. In this context, FIG. 2 shows these known coding methods for data transmission in a motor vehicle.
Figur 2a zeigt dabei ein Eingangssignal DATA über der Zeit t, dessen Information über einen Ubertragungskanal zu einem Empfanger übermittelt werden soll. Das Eingangssignal DATA ist dabei binar codiert, weist also einen Zeichenvorrat von zwei Zeichen auf, nämlich einer 0 und einer 1. Einzelne Signaleinheiten des Eingangssignal DATA weisen eine Dauer T auf. Mehrere solche aneinander gereihte und mit jeweils einem Zeichen aus dem Zeichenvorrat belegte Signaleinheiten ergeben zusammen ein Datenwort, das physikalisch als Signal vorliegt, charakterisiert durch seine Spannungs- oder Stromzustande. Figur 2b zeigt einen Arbeitstakt TAKT der sendenden Ausgabeeinheit FIG. 2a shows an input signal DATA over time t, the information of which is to be transmitted to a receiver via a transmission channel. The input signal DATA is binary coded, that is, it has a character set of two characters, namely a 0 and a 1. Individual signal units of the input signal DATA have a duration T. Several such signal units lined up and each occupied with one character from the character set result in a data word that is physically present as a signal, characterized by its voltage or current states. FIG. 2b shows a work cycle TAKT of the sending output unit
Die Figuren 2c und 2d zeigen zum Eingangssignal DATA zugehörige und nach bestimmten Codiervorschriften kanalcodierte zu übertragende Signale CHAN, wobei Figur 2c ein zu übertragendes Signal CHAN zeigt, das nach der NRZ-Codierung aus dem Eingangssignal DATA gewonnen wurde. Diese Codierung ist zunächst eine 1 : 1-Abbildung des Eingangssignals. Bei dem UART (Universal Asynchronous Receive Transmit) - Standard wird der Empfanger nur durch ein Startsignal synchronisiert. Der im Empfanger vorgesehene freilaufende Oszillator zur Takterzeugung darf dabei einen vorgegebenen Toleranzbereich bis zur weiteren Synchronisation mit dem Sender durch ein weiteres Startsignal nicht verlassen. Dies erfordert entweder einen hochgenauen Oszillator in der Empfangseinheit, oder aber eine hochfrequente Synchronisation, was zu Lasten der Übertragungsbandbreite geht.FIGS. 2c and 2d show signals CHAN that are associated with the input signal DATA and are channel-coded according to certain coding regulations, FIG. 2c shows a signal CHAN to be transmitted that was obtained from the input signal DATA after the NRZ coding. This coding is initially a 1: 1 mapping of the input signal. With the UART (Universal Asynchronous Receive Transmit) standard, the receiver is only synchronized by a start signal. The free-running oscillator provided in the receiver for clock generation may have a predetermined tolerance range until further synchronization with the transmitter by another Do not leave the start signal. This either requires a high-precision oscillator in the receiving unit, or else high-frequency synchronization, which is at the expense of the transmission bandwidth.
Figur 2d zeigt ein kanalcodiertes, zu übertragendes Signal CHAN, das durch Manchester-Codierung aus dem Eingangssignal DATA gewonnen wurde. Die Manchester-Codierung zeichnet sich dadurch aus, dass sie wie die NRZ-Codierung auf einen binaren Zeichenvorrat zurückgreift. Innerhalb einer Signalemheit T des Eingangssignals sind im manchester-codierten Signal jedoch zwei Zeichen/Signalzustande vorgesehen. Der Wechsel von einem Zeichen des Eingangssignals zu seinem komplementären Zeichen im darauffolgenden Signalzustand setzt der Manchester-Code durch einen Phasenwechsel um. Damit bietet der Manchester-Code zwar die Möglichkeit einer Taktruckgewinnung im Empfanger innerhalb eines theoretischen Toleranzbereiches von 50 %. Diese Option der Taktruckgewinnung wird aber durch eine Bandbreitenverdoppelung erkauft, da eine Signalemheit (Bit) des Eingangssignals durch zwei Signalzustande wahrend derselben Zeitdauer T im zu übertragenden Signal dargestellt wird.FIG. 2d shows a channel-coded signal CHAN to be transmitted, which was obtained from the input signal DATA by Manchester coding. Manchester coding is characterized by the fact that, like NRZ coding, it uses a binary character set. Within a signal unit T of the input signal, however, two characters / signal states are provided in the manchester-coded signal. The change from one character of the input signal to its complementary character in the subsequent signal state is implemented by the Manchester code by a phase change. The Manchester Code thus offers the possibility of clock recovery in the receiver within a theoretical tolerance range of 50%. However, this option of clock recovery is purchased by doubling the bandwidth, since one signal unit (bit) of the input signal is represented by two signal states during the same time period T in the signal to be transmitted.
Aus der WO 98/52 792 - A ist eine Kanalcodierung auf Basis einer Strommodulation bekannt. Dabei weist die Kanalcodierung einen Zeichenvorrat von drei Zeichen auf, HIGH, LOW und Null. Das Eingangssignal sieht einen binaren Code vor. Gemäß der Codierungsvorschrift werden Einsen des Eingangssignals abwechselnd in HIGH- und LOW-Pulse im zu übertragenden Signal codiert. Nullen des Eingangssignals bleiben Null-Pegel im zu übertragenden Signal.A channel coding based on current modulation is known from WO 98/52 792-A. The channel coding has a character set of three characters, HIGH, LOW and zero. The input signal provides a binary code. According to the coding regulation, ones of the input signal are alternately coded in HIGH and LOW pulses in the signal to be transmitted. Zeros of the input signal remain zero levels in the signal to be transmitted.
Bei diesem bekannten Datenubertragungsverfahren wird der zeitliche Mittelwert der zu übertragenden Signale konstant gehalten. Aus dem zu übertragenden Signal kann jedoch kein Arbeitstakt abgeleitet werden. Aus der EP 0 384 258 A2 ist ein Datenubertragungsverfahren bekannt, bei dem ein binares Eingangssignal mittels eines AMI (Alternate Mark Inversion) -Codes in Verbindung mit einer Pulsweitenmodulation kanalcodiert wird. Dabei wird zunächst das Eingangssignal pulsweitenmoduliert, bevor das derart gebildete pulsweiten odulierte Signal einer Alternate Mark Inversion unterzogen wird.In this known data transmission method, the time average of the signals to be transmitted is kept constant. However, no work cycle can be derived from the signal to be transmitted. A data transmission method is known from EP 0 384 258 A2, in which a binary input signal is channel-coded by means of an AMI (Alternate Mark Inversion) code in connection with a pulse width modulation. The input signal is first pulse-width modulated before the pulse-width-coded signal thus formed is subjected to an alternate mark inversion.
Nachteilig an diesem Datenubertragungsverfahren ist die gegenüber dem Eingangssignal erhöhte Bandbreite im zu übertragenden Signal. Zudem werfen die durch die Pulsweitenmodulation erzeugten schmalen Pulse EMV-Probleme auf.A disadvantage of this data transmission method is the increased bandwidth in the signal to be transmitted compared to the input signal. In addition, the narrow pulses generated by pulse width modulation pose EMC problems.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Anordnung zur U- bertragung von Daten in einem Kraftfahrzeug, eine zugehörige Ausgabeeinheit sowie eine zugehörige Empfangseinheit und ein Datenubertragungsverfahren anzugeben, bei dem die Übertragungsbandbreite gering gehalten wird und dennoch hinreichende Information über den Arbeitstakt zur Empfangseinheit bertragen wird.It is therefore the object of the invention to provide an arrangement for transmitting data in a motor vehicle, an associated output unit and an associated receiving unit and a data transmission method in which the transmission bandwidth is kept small and nevertheless sufficient information about the work cycle is transmitted to the receiving unit.
Der die Ausgabeeinheit betreffende Teil der Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelost.The part of the task relating to the output unit is solved by the features of patent claim 1.
Der die Empfangseinheit betreffende Teil der Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 6 gelost.The part of the task relating to the receiving unit is solved by the features of patent claim 6.
Der die Anordnung betreffende Teil der Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 11 gelost.The part of the task relating to the arrangement is solved by the features of patent claim 11.
Der das Verfahren betreffende Teil der Erfindungsaufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 12 gelost.The part of the object of the invention relating to the method is solved by the features of patent claim 12.
Bei der Erfindung erfolgt die Kanalcodierung dergestalt, dass der Code für das über den Kanal zu übertragende Signal zumindest ein Zeichen mehr in seinem Zeichenvorrat enthalt, als derjenige Zeichenvorrat, aus dem das Eingangssignal gebildet wird, dessen Information letztendlich übertragen werden soll. So kann z. B. für das Eingangssignal ein binärer Code vorgesehen sein, dann wird das zu übertragende Signal zumindest aus einem ternären Code gebildet, d. h. es stehen drei unterschiedliche Zeichen, die beispielsweise durch drei unterschiedliche Signalzustände auf der Leitung wiedergegeben werden, zur Bildung eines Signals zur Verfügung. Allgemein stehen für das Eingangssignal n Zeichen zur Verfügung, mit n als ganzer Zahl, für das zu übertragende Signal zumindest n+1 Zeichen.In the invention, the channel coding is carried out in such a way that the code for the signal to be transmitted via the channel contains at least one more character in its character set than the character set from which the input signal is formed whose information is ultimately to be transmitted. So z. B. be provided for the input signal, a binary code, then the signal to be transmitted is formed at least from a ternary code, ie there are three different characters, which are represented for example by three different signal states on the line, available to form a signal. Generally, n characters are available for the input signal, with n as an integer, and at least n + 1 characters for the signal to be transmitted.
Ferner ist festzuhalten, dass bei der erfindungsgemäßen Kanalcodierung eine Signaleinheit des Eingangssignals Eins zu Eins abgebildet wird auf eine Signaleinheit des zu übertragenden Signals. Damit weisen die Signaleinheiten von Eingangssignal und zu übertragendem Signal gleiche Zeitdauer auf. Darüber hinaus sieht die Erfindung vor, dass im zu übertragenden Signal zwei aufeinanderfolgende Signaleinheiten stets unterschiedliche Zeichen aus dem zugeordneten Zeichenvorrat aufweisen. Die Umsetzung dieses Merkmals wird dadurch erreicht, dass der Zeichenvorrat des Kanalcodes ein Zeichen mehr umfasst als der dem Eingangssignal zugeordnete Zeichenvorrat. Somit kann im zu übertragenden Signal stets ein Zeichenwechsel und damit ein Zustandswechsel erfolgen, selbst wenn das Eingangssignal über mehrere Signaleinheiten hinweg das gleiche Zeichen und damit den gleichen Zustand aufweist.It should also be noted that in the channel coding according to the invention a signal unit of the input signal is mapped one to one onto a signal unit of the signal to be transmitted. The signal units of the input signal and the signal to be transmitted thus have the same duration. In addition, the invention provides that in the signal to be transmitted, two successive signal units always have different characters from the assigned character set. The implementation of this feature is achieved in that the character set of the channel code comprises one character more than the character set assigned to the input signal. Thus, a change of character and thus a change of state can always take place in the signal to be transmitted, even if the input signal has the same character and thus the same state across several signal units.
Der fortwährende Zustandswechsel im zu übertragenden Signal trägt seinerseits nun wiederum dazu bei, dass in der Empfangseinheit der Arbeitstakt der entfernt angeordneten Ausgabeeinheit ohne weiteres zurückgewonnen werden kann. Da sich die Zeiteinheiten der Signaleinheiten des Eingangssignals in der Ausgabeeinheit sowie des von der Empfangseinheit empfangenen Signals entsprechen und nach jeder Signaleinheit ein Zustandswechsel erfolgt, brauchen von der Empfangseinheit lediglich die Zustandswechsel im empfangenen Signal erfasst werden, um den Arbeitstakt der Ausgabeeinheit ableiten zu können. Gleichzeitig wird jedoch nicht die Bandbreite erhöht, wie z. B. bei der eingangs vorgestellten Manchester- Codierung, da die Zeiteinheiten für die einzelnen Bits (Signaleinheiten) stets gleichdauernd sind.The continuous change of state in the signal to be transmitted in turn now contributes to the fact that the working cycle of the remotely located output unit can be easily recovered in the receiving unit. Since the time units of the signal units of the input signal in the output unit and of the signal received by the receiving unit correspond and a change of state occurs after each signal unit, the receiving unit only needs to detect the change of state in the received signal in order to derive the operating cycle of the output unit can. At the same time, however, the bandwidth is not increased, e.g. B. in the Manchester coding introduced at the outset, since the time units for the individual bits (signal units) are always of the same duration.
Vorteil der Erfindung ist, dass keine bzw. nur ungenaue Oszillatoren im Empfänger verwendet werden müssen. Dies gestattet eine kostengünstigere Gesamtanordnung. Die ungenauen Oszillatoren können auf einen Chip integriert werden. Ferner können Standardbustreiber verwendet werden.The advantage of the invention is that no or only imprecise oscillators have to be used in the receiver. This allows a more economical overall arrangement. The inaccurate oscillators can be integrated on a chip. Standard bus drivers can also be used.
Die Erfindung kann stets dann im Kraftfahrzeug Anwendung finden, sobald Daten zwischen zwei Rechen- oder Steuereinheiten zu übertragen sind. Dabei findet die Erfindung insbesondere dort Anwendung, wo Sensordaten von über das Fahrzeug verteilten Sensoren an im Fahrzeugzentrum angeordneten Steuereinheiten angeschlossen sind und diese Steuereinheiten mit Sensordaten füttern. Insbesondere findet die Erfindung Anwendung in der Insassenschutztechnologie zur Übertragung von Sensordaten von an der Fahrzeugfront oder an den Fahrzeugseiten angeordneten Aufprallsensoren zu einer im Fahrzeugzentrum angeordneten Auswerteeinheit. Die Aufprallsensoren können dabei Beschleunigungssensoren mit nachgeschalteter Signalverarbeitung und entsprechendem Interface sein, oder aber auch Drucksensoren.The invention can always be used in a motor vehicle as soon as data are to be transmitted between two computing or control units. The invention is used in particular where sensor data from sensors distributed over the vehicle are connected to control units arranged in the vehicle center and feed these control units with sensor data. In particular, the invention is used in occupant protection technology for the transmission of sensor data from impact sensors arranged on the vehicle front or on the vehicle sides to an evaluation unit arranged in the vehicle center. The impact sensors can be acceleration sensors with downstream signal processing and a corresponding interface, or they can also be pressure sensors.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gekennzeichnet.Advantageous developments of the invention are characterized by the subclaims.
Ausführungsbeispiele der Erfindung und ihrer Weiterbildungen werden anhand der Zeichnungen im folgenden näher erläutert.Embodiments of the invention and its developments are explained in more detail below with reference to the drawings.
Es zeigen:Show it:
Figur 1 Signalverläufe für das erfindungsgemäße Codierverfahren, Figur 2 Signalverläufe zugehörig zu bekannten Codierverfah- ren,FIG. 1 signal curves for the coding method according to the invention, FIG. 2 signal curves belonging to known coding methods reindeer,
Figur 3 ein Blockschaltbild einer erfmdungsgemaßen Anordnung,FIG. 3 shows a block diagram of an arrangement according to the invention,
Figur 4 eine CAN-Treiber-Anordnung einer erfmdungsgemaßen Ausgabeeinheit,FIG. 4 shows a CAN driver arrangement of an output unit according to the invention,
Figur 5 eine erf dungsgemaße Empfangseinheit,FIG. 5 shows a receiving unit according to the invention,
Figur 6 eine Tabelle zur Treiberaktivierung einer erfm- dungsgemaßen Ausgabeeinheit und einer erfmdungsge- maßen Empfangseinheit,FIG. 6 shows a table for driver activation of an output unit according to the invention and a reception unit according to the invention,
Figur 7 einen Signalverlauf bezüglich eines zweidrahtigen Ubertragungsmediums gemäß ISO 11898,FIG. 7 shows a signal curve with respect to a two-wire transmission medium in accordance with ISO 11898,
Figur 8 Bestandteile einer erfmdungsgemaßen Ausgabeeinheit,FIG. 8 components of an output unit according to the invention,
Figur 9 eine zur Ausgabeeinheit nach Figur 8 zugehörige Zustandstabelle,FIG. 9 shows a status table associated with the output unit according to FIG. 8,
Figur 10 ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel einer erfmdungs- gemaßen Empfangsemheit,FIG. 10 shows another exemplary embodiment of a receiving unit according to the invention,
Figur 11 eine Zustandstabelle zugehörig zur Empfangseinheit nach Figur 10.FIG. 11 shows a status table belonging to the receiving unit according to FIG. 10.
Gleiche Elemente oder Signale erhalten flgurenubergreifend die gleichen Bezugszeichen.The same elements or signals are given the same reference symbols across the entire frame.
Figur la zeigt ein beispielhaftes binares Eingangssignal DATA über der Zeit t mit beispielhaften vier Signaleinheiten (bits) , jeweils von einer Zeitdauer T. Der binare Zeichenvorrat erschöpft sich in einem HIGH- und einem LOW-Zeichen. Das HIGH-Zeichen ist in der Ausgabeeinheit durch einen 5 Volt- Spannungszustand gekennzeichnet, das LOW-Zeichen durch einen 0 Volt-Spannungszustand. Das beispielhafte Eingangssignal DATA enthalt sequentiell folgende Zeichen: HIGH, LOW, LOW, HIGH.Figure la shows an exemplary binary input signal DATA over time t with exemplary four signal units (bits), each of a time duration T. The binary character set is exhausted in a HIGH and a LOW character. The HIGH symbol is identified in the output unit by a 5 volt voltage state, the LOW symbol by a 0 volt voltage state. The exemplary input signal DATA contains the following characters sequentially: HIGH, LOW, LOW, HIGH.
Dieses Eingangssignal DATA soll über einen Ubertragungskanal im Kraftfahrzeug übertragen werden. Es liegt in der Ausgabeeinheit vor. Die Ausgabeeinheit enthalt eine Codiereinheit mit einer Codiervorschrift zum Umcodieren des Eingangssignals DATA in ein über den Übertragungskanal zu übertragendes Signal CHAN, welches dann auf den Übertragungssignal ausgegeben wird.This input signal DATA is to be transmitted via a transmission channel in the motor vehicle. It is in the output unit. The output unit contains a coding unit with a coding rule for transcoding the input signal DATA into a signal CHAN to be transmitted via the transmission channel, which is then output to the transmission signal.
Das zum Eingangssignal DATA nach Figur la zugehörige zu übertragende Signal CHAN ist gemäß Figur lb ersichtlich. Grundsätzlich ist für das zu übertragende Signal CHAN ein Zeichenvorrat mit drei Zeichen - HIGH, LOW, NULL - vorgesehen. Jeder Signaleinheit des Eingangssignals DATA entspricht eine Signaleinheit des zu übertragenden Signals CHAN. Die Bit-Zeiten sind also in beiden Signalen gleich, so dass keinerlei Bandbreitenerhöhung oder -Verringerung erfolgt. Das HIGH-Zeichen entspricht einem Plus-5-Volt-Spannungspuls, das LOW-Zeichen einem Minus-5-Volt-Spannungspuls, das NULL-Zeichen entspricht einem Null-Volt-Spannungszustand.The signal CHAN to be transmitted associated with the input signal DATA according to FIG. 1a can be seen according to FIG. 1b. Basically, a character set with three characters - HIGH, LOW, NULL - is provided for the signal CHAN to be transmitted. Each signal unit of the input signal DATA corresponds to a signal unit of the signal CHAN to be transmitted. The bit times are therefore the same in both signals so that there is no increase or decrease in bandwidth. The HIGH sign corresponds to a plus 5 volt voltage pulse, the LOW sign corresponds to a minus 5 volt voltage pulse, the NULL sign corresponds to a zero volt voltage state.
Die Codiervorschrift für die erfindungsgemäße Kanalcodierung sieht folgende Regeln vor:The coding rule for the channel coding according to the invention provides the following rules:
Ein HIGH-Zeichen im Eingangssignal DATA wird grundsätzlich in ein HIGH-Zeichen im zu übertragenden Signal CHAN codiert. Ein LOW-Zeichen im Eingangssignal DATA wird grundsätzlich in ein LOW-Zeichen im zu übertragenden Signal CHAN codiert. Folgt allerdings auf ein LOW-Zeichen im Eingangssignal DATA ein weiteres LOW-Zeichen, so wird dieses weitere LOW-Zeichen im Ausgangssignal CHAN nicht in ein weiteres LOW-Zeichen codiert, sondern in ein NULL-Zeichen. Gleiches gilt für zwei aufeinander folgende HIGH-Zeichen im Eingangssignal DATA. Auch hier wird ein auf ein HIGH-Zeichen unmittelbar folgendes HIGH-Zeichen durch ein NULL-Zeichen im zu übertragenden Signal CHAN codiert.A HIGH sign in the DATA input signal is always encoded in a HIGH sign in the CHAN signal to be transmitted. A LOW character in the DATA input signal is always coded into a LOW character in the CHAN signal to be transmitted. However, if a LOW character in the DATA input signal is followed by another LOW character, this additional LOW character in the CHAN output signal is not encoded in another LOW character, but in a NULL character. The same applies to two consecutive HIGH characters in the DATA input signal. Here too, a HIGH sign immediately following a HIGH sign is coded by a NULL sign in the signal CHAN to be transmitted.
Ist jedoch im zu übertragenden Signal CHAN das vorhergehende Zeichen ein NULL-Zeichen, so wird nach der oben vorgestellten grundsätzlichen Codierung codiert, so dass ein weiteres LOW- Zeichen im Eingangssignal DATA mit einem LOW-Zeichen im zu ü- bertragenden Signal CHAN codiert wird, bzw. ein folgendes HIGH-Zeichen im Eingangssignal DATA zu einem HIGH-Zeichen im zu übertragenden Signal CHAN codiert wird.However, if the preceding character in the CHAN signal to be transmitted is a ZERO character, coding is carried out according to the basic coding presented above, so that a further LOW character in the DATA input signal is coded with a LOW character in the CHAN signal to be transmitted, or a following HIGH character in the DATA input signal is coded to a HIGH character in the CHAN signal to be transmitted.
Vom Schutz umfasst sind natürlich auch andere Codierungsvarianten, wobei z. B. grundsätzlich ein LOW-Zeichen im Eingangssignal in ein HIGH-Zeichen im zu übertragenden Signal umgesetzt werden kann.Protection naturally also encompasses other coding variants. B. in principle, a LOW character in the input signal can be converted into a HIGH character in the signal to be transmitted.
Mit dieser Art der Codierung kann stets ein Zustandswechsel auf dem Ubertragungsmedium zwischen zwei Signaleinheiten erzeugt werden. Zwischen zwei Bits entsteht also jedenfalls eine Flanke. Bei jeglicher vom Schutz umfasster Codierung muss also sichergestellt sein, dass nach jeder Signalemheit ein Zustandswechsel stattfindet.With this type of coding, a change of state can always be generated on the transmission medium between two signal units. In any case, there is an edge between two bits. With any encoding covered by the protection, it must be ensured that a change of state takes place after each signal unit.
Mit dieser Art der Kanalcodierung kann in der Empfangseinheit der Arbeitstakt aufgrund der regelmäßigen Zustandswechsel im zu übertragenden Signal ohne Zuhilfenahme eines zusätzlichen Oszillators gewonnen werden. Dabei muss im Gegensatz zur Manchester-Codierung keine Zeitbedingung eingehalten werden.With this type of channel coding, the working cycle can be obtained in the receiving unit due to the regular changes in state in the signal to be transmitted without the aid of an additional oscillator. In contrast to Manchester coding, no time condition has to be observed.
Der Rauschabstand wird durch die Verwendung dieser Codierung bei Verwendung des ISO 11898 Layers nicht verringert. Es stehen allenfalls steilere Flanken beim Übergang von einem HIGH- Zeichen zu einem LOW-Zeichen.The signal-to-noise ratio is not reduced by using this coding when using the ISO 11898 layer. At most there are steeper edges when changing from a HIGH sign to a LOW sign.
Zusammenfassend wird gemäß Figur 1 also ein binares Signal in ein ternares Signal unter Beibehaltung der Bitzeiten codiert, unter Beachtung der Zustandswechsel im zu übertragenden Signal. Die Kanalcodierung verwendet demnach drei Zeichen/Zustande auf einem Übertragungsbus für die Darstellung zweier Datenzeichen/Zustande. Damit wird im Wertebereich ein Overhead von log2 3 = 1,58 = 36 % erzielt. Bei einem Manchester-Code werden vier Zustande (2 Bit) für die Darstellung von zwei Datenzustanden benotigt. Deshalb wird im Zeitbereich ein Overhead von log2 4 = 2 = 50 % erzielt. Figur lb zeigt das zum Eingangssignal DATA zugehörige zu u- bertragende Signal CHAN, codiert nach vorstehender Codierungsvorschrift .In summary, according to FIG. 1, a binary signal is encoded into a ternary signal while maintaining the bit times, taking into account the changes in state in the signal to be transmitted. The channel coding accordingly uses three characters / states on a transmission bus to represent two data characters / states. An overhead of log 2 3 = 1.58 = 36% is thus achieved in the value range. With a Manchester code, four states (2 bits) are required for the representation of two data states. Therefore, an overhead of log 2 4 = 2 = 50% is achieved in the time domain. FIG. 1b shows the signal CHAN belonging to the input signal DATA, to be transmitted, coded according to the above coding regulation.
Figur 3 zeigt eine erfmdungsgemaße Anordnung mit zwei kombinierten Ausgabe- und Empfangseinheiten 4, die über ein Übertragungsmedium 3 verbunden sind, welches seinerseits zwei Busleitungen 31 und 32 aufweist. Die erste Ausgabe- und Empfangseinheit 4 enthalt einen Microcontroller 13 mit einer Schnittstelle 131, einen Codierer 11, einen Decodierer 21 sowie zwei Treiber 22. Die Treiber 22 sind CAN-Treiber in Form von Standardbauteilen, die nach DIN ISO 11898 standardisierte Kabel und Stecker verwenden können. Die Treiber sind antiparallel miteinander und mit dem Ubertragungsmedium 3 verschaltet. Dabei sind der CAN-HIGH-Ausgang des Treibers 12 (Baustein A) und der CAN-LOW-Ausgang des weiteren Treibers 12 (Baustein B) mit der ersten Busleitung 31 verbunden. Ebenso sind der CAN-LOW-Ausgang des ersten Treibers 12 (Baustein A) mit dem CAN-LOW-Ausgang des zweiten Treibers 12 (Baustein B) mit der zweiten Busleitung 32 verbunden. In Folge dieser Ver- schaltung der Treiber können die Buszustande HIGH, LOW und NULL zwischen den Busleitungen erzeugt werden.FIG. 3 shows an arrangement according to the invention with two combined output and reception units 4, which are connected via a transmission medium 3, which in turn has two bus lines 31 and 32. The first output and reception unit 4 contains a microcontroller 13 with an interface 131, an encoder 11, a decoder 21 and two drivers 22. The drivers 22 are CAN drivers in the form of standard components that use cables and connectors standardized according to DIN ISO 11898 can. The drivers are connected antiparallel to one another and to the transmission medium 3. The CAN HIGH output of driver 12 (component A) and the CAN LOW output of further driver 12 (component B) are connected to first bus line 31. Likewise, the CAN-LOW output of the first driver 12 (component A) is connected to the CAN-LOW output of the second driver 12 (component B) with the second bus line 32. As a result of this interconnection of the drivers, the bus states HIGH, LOW and NULL can be generated between the bus lines.
Figur 4 zeigt in die beiden Treiber 12 und deren antiparallele Verschaltung miteinander. Dabei ist der Eingang TXA dem ersten Treiber 12 zugeordnet, der Eingang TXB dem zweiten Treiber 12. Figur 6 zeigt eine Tabelle, aus der u. a. hervorgeht, wie die Eingänge TXA und TXB der Treiber 12 zu belegen sind, um die Busstande LOW, NULL und HIGH zu erhalten. Dabei ist beispielsweise für einen LOW-Buszustand TXA mit 1 und gleichzeitig TXB mit NULL anzusteuern. Eine derartige Verschaltung der Treiber ist nur erlaubt, wenn ausgeschlossen wird, dass die beiden Treiber nicht aktiv unterschiedliche Potentiale treiben. Gemäß Tabelle Figur 6 muss ein Zustand verhindert werden, bei dem beide Treibereingange TXA und TXB nicht belegt sind. Im vorliegenden Beispiel werden als CAN- Treiber PCA82C250 - Bausteine von Philips verwendet. Dabei ist TX = 5 Volt der rezessive und TX = 0 Volt der dominante Zustand.FIG. 4 shows the two drivers 12 and their anti-parallel connection with one another. In this case, the input TXA is assigned to the first driver 12, the input TXB to the second driver 12. FIG. 6 shows a table from which, among other things, it can be seen how the inputs TXA and TXB of the driver 12 are to be assigned to the bus states LOW, ZERO and Get HIGH. For example, for a LOW bus state, TXA should be controlled with 1 and TXB with ZERO at the same time. Such an interconnection of the drivers is only permitted if it is excluded that the two drivers are not actively driving different potentials. According to table Figure 6, a state must be prevented in which both driver inputs TXA and TXB are not occupied. In the present example, PCA82C250 blocks from Philips are used as CAN drivers. there TX = 5 volts is the recessive state and TX = 0 volts is the dominant state.
Figur 7 zeigt ein auf einem Bus übertragenes Signal, aufgezeichnet nach den Verläufen der Signalpotentiale auf den einzelnen Busleitungen 31 und 32. Die Differenzspannung zwischen diesen beiden Busleitungen liefert die Signalpegel des zu ü- bertragenen Signals.FIG. 7 shows a signal transmitted on a bus, recorded after the course of the signal potentials on the individual bus lines 31 and 32. The differential voltage between these two bus lines supplies the signal level of the signal to be transmitted.
Die Ansteuerung der Treiberbausteine 12 über die Signale TXA und TXB erfolgt durch die Codiereinheit 11, die die erfindungsgemäße Codiervorschrift umsetzt. Die zu übertragende Dateninformation wird als Eingangssignal DATA von dem Microcontroller 13 über dessen Schnittstelle 131 (SPI = Serial Pe- ripheral Interface) an die Codiereinheit 11 geliefert. Diese SPI-Schnittstelle 131 ermöglicht es, datensynchron über eine Daten- und Taktleitung einzulesen und auszugeben.The driver modules 12 are controlled via the signals TXA and TXB by the coding unit 11, which implements the coding rule according to the invention. The data information to be transmitted is supplied as an input signal DATA by the microcontroller 13 to the coding unit 11 via its interface 131 (SPI = Serial Peripheral Interface). This SPI interface 131 makes it possible to read and output data synchronously via a data and clock line.
Gleichzeitig fungieren die Treiber 12 einer kombinierten Ausgabe- und Empfangseinheit 4 zur Aufnahme von auf dem Ubertragungsmedium 3 übertragenen Signalen. Diese Treiber 12 wandeln die empfangenen Bussignale in Signale RXA und RXB um. Zugrunde liegt diesem Transformationsvorgang wiederum die Zustandstabelle nach Figur 6 bezüglich der Ausgänge RXA und RXB der Treiber 12. Die Treiber 12 dienen damit als CAN- Bustransceiver .At the same time, the drivers 12 of a combined output and reception unit 4 function to receive signals transmitted on the transmission medium 3. These drivers 12 convert the received bus signals into signals RXA and RXB. The basis of this transformation process is again the state table according to FIG. 6 with regard to the outputs RXA and RXB of the drivers 12. The drivers 12 thus serve as CAN bus transceivers.
Die Signale RXA und RXB werden der Codiereinheit 21 zugeleitet. Die empfangenen Signale werden in der Decodiereinheit 21 decodiert und als Arbeitssignal DATA über die Schnittstelle 131 dem Microcontroller zur weiteren Verarbeitung zugeführt. Ferner wird aus den empfangenen Signalen ein Arbeitstakt STROBE abgeleitet, welcher seinerseits wieder der Codiereinheit 11 zugeführt wird.The signals RXA and RXB are fed to the coding unit 21. The received signals are decoded in the decoding unit 21 and fed to the microcontroller for further processing as the working signal DATA via the interface 131. Furthermore, a work cycle STROBE is derived from the received signals, which in turn is fed back to the coding unit 11.
Die weitere kombinierte Ausgabe- und Empfangseinheit 4 ist symmetrisch aufgebaut und enthält ihrerseits wiederum Micro- Controller 23 mit Schnittstelle 231, eine Codiereinheit 11, eine Decodiereinheit 21 sowie zwei Treiber 22, deren sämtliche Funktionen bereits behandelt wurden.The further combined output and reception unit 4 is constructed symmetrically and in turn contains micro- Controller 23 with interface 231, a coding unit 11, a decoding unit 21 and two drivers 22, all of whose functions have already been dealt with.
Beispielhaft folgt also die Datenübertragung folgendem Ablauf: Der Microcontroller 13 sendet eine NRZ-Datenfolge über die SPI-Schnittstelle 131 ab. Die Codiereinheit 11 wandelt diese in ein sogenanntes Tri-State-Signal (TXA, TXB) um. Daraus erzeugen die CAN-Bus-Transceiver/Treiber 12 dann die entsprechenden Buszustände. Die Bustransceiver 12 der weiteren kombinierten Ausgabe- und Empfangseinheit 4 empfängt das Signal und wandelt es entsprechend in die Signale RXA und RXB um. Eine Decodiereinheit 21 des Empfängers erzeugt daraus das Arbeitssignal DATA, das im übrigen gleich dem Eingangssignal DATA sein sollte, sowie den Arbeitstakt Strobe, welche über die SPI-Schnittstelle 231 dem Microcontroller 23 zugeführt werden.For example, the data transmission follows the following sequence: The microcontroller 13 sends an NRZ data sequence via the SPI interface 131. The coding unit 11 converts this into a so-called tri-state signal (TXA, TXB). The CAN bus transceivers / drivers 12 then use these to generate the corresponding bus states. The bus transceiver 12 of the further combined output and reception unit 4 receives the signal and converts it accordingly into the signals RXA and RXB. A decoding unit 21 of the receiver uses this to generate the working signal DATA, which should otherwise be the same as the input signal DATA, and the working clock strobe, which are fed to the microcontroller 23 via the SPI interface 231.
Die Decodiereinheit 21 wird von dem Controller 23 getaktet. Der Takt muss mehr als doppelt so groß sein wie die Datenrate. Die Taktrate hat nach oben keine Begrenzung.The decoding unit 21 is clocked by the controller 23. The clock must be more than twice the data rate. The clock rate has no upper limit.
Codier- wie auch Decodiereinheit 11 bzw. 21 können als Hardware implementiert werden oder aber auch als Software in einem Microcontroller.Coding and decoding units 11 and 21 can be implemented as hardware or as software in a microcontroller.
Der oben beschriebene Ablauf kann auch durch eine Statemachi- ne realisiert werden, welche der Zustandstabelle nach Figur 9 folgt. Dabei ist TX das Eingangssignal der Codiereinheit 11 und entspricht damit dem Eingangssignal DATA. Die Signale TXA und TXB entsprechen in der Tabelle den Größen Q2 bzw. Ql .The sequence described above can also be implemented by a state machine which follows the state table according to FIG. 9. Here, TX is the input signal of the coding unit 11 and thus corresponds to the input signal DATA. The signals TXA and TXB correspond to the sizes Q2 and Q1 in the table.
Aus dieser Zustandstabelle nach Figur 9 können folgende Ausgangsgleichungen gewonnen werden.The following output equations can be obtained from this state table according to FIG. 9.
TxA=(NOT)Tx+Ql* (NOT)Q2; TxB=Tx+ (N0T)Q1*Q2; Eine Umsetzung dieser Gleichungen in eine Logikschaltung zeigt Figur 8.TxA = (NOT) Tx + Ql * (NOT) Q2; TxB = Tx + (N0T) Q1 * Q2; A conversion of these equations into a logic circuit is shown in FIG. 8.
Je nach Anzahl der nacheinander zu übertragenden Bits und des Datums kann es dazu kommen, dass die Codiereinheit 11 nicht bei einem NULL-Zeichen, sondern bei einem LOW-Zeichen oder einem HIGH-Zeichen endet. Bei einem Mehrfachzugriff auf das Busmedium muss der Endbuszustand jedoch der Idlezustand Null sein. Es gibt mehrere Möglichkeiten um dies sicherzustellen: Zum einen kann dieser Endbuszustand durch eine logische Bedingung erreicht werden: Wenn die Anzahl der gleichnamigen zuletzt gezählten Bits ungerade ist, wird ein gleichnamiges Pseudobit angehängt, durch welches die Codiereinheit wieder in den Null-Zustand zurückkehrt. Diese Funktion kann entweder im Microcontroller oder in der Codiereinheit durchgeführt werden.Depending on the number of bits to be transmitted in succession and the date, it may happen that the coding unit 11 does not end with a ZERO character, but with a LOW character or a HIGH character. In the case of multiple access to the bus medium, the end bus state must be the idle state zero. There are several ways to ensure this: On the one hand, this end bus state can be achieved by a logical condition: If the number of bits of the same name last counted is odd, a pseudo bit of the same name is appended, through which the coding unit returns to the zero state. This function can be carried out either in the microcontroller or in the coding unit.
Alternativ kann eine Zeitbedingung eingeführt werden: Die Codiereinheit stellt den NULL-Zustand ein, wenn nach einer bestimmten Zeit keine Zustandsänderung aufgetreten ist.Alternatively, a time condition can be introduced: The coding unit sets the ZERO state if no state change has occurred after a certain time.
Die Decodierung in der Decodiereinheit kann bei langsamen U- bertragungsgeschwindigkeiten im Bereich bis zu 10 Kilobit pro Sekunde per Software geschehen. Für höhere Übertragungsraten muss die Decodiereinheit in Hardware realisiert werden.The decoding in the decoding unit can be done by software at slow transmission speeds in the range up to 10 kilobits per second. For higher transmission rates, the decoding unit must be implemented in hardware.
Eine Zustandstabelle der Decodiereinheit ist in Figur 11 gezeigt .A state table of the decoding unit is shown in Figure 11.
Aus der Zustandstabelle resultiert folgende Ausgangsgleichung:The following output equation results from the status table:
D = (NOT) Q2 * (NOT) RxA * RxB + (NOT) RxA * RxB + (NOT) Ql * Q2 * RxA * RxB + D * Ql * Q2 * RxA * RxB;D = (NOT) Q2 * (NOT) RxA * RxB + (NOT) RxA * RxB + (NOT) Ql * Q2 * RxA * RxB + D * Ql * Q2 * RxA * RxB;
Die zugehörige Schaltung ist in Figur 10 gezeigt. The associated circuit is shown in Figure 10.
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