Titel

Übertragungsverfahren und -System

Die Erfindung betrifft ein Übertragungsverfahren zum Übertragen digitaler Daten über eine Leitung. Ferner betrifft die Erfindung ein System zur Übertragung digitaler Daten über eine Leitung.

Stand der Technik

Bei der Übertragung digitaler Daten über eine Leitung können elektromagnetische Störungen im Bereich der Leitung entstehen, die zu einer Übertragungsgeschwindigkeit der Daten proportional sind. Grundsätzlich gilt, dass bei steigenden Datenübertragungsraten auch Störsignale höherer Frequenzen erzeugt werden. Konventionelle Maßnahmen zur Unterdrückung solcher Störungen umfassen Abschirmungen und Masseflächen. Da hochfrequente Signale eher zu einem Abstrahlen von der Leitung tendieren, ist mit steigender Frequenz der Störungen auch ein zu betreibender Aufwand zu deren Unterdrückung größer. Die Störungen können als elektromagnetische Wellen von der Leitung abgestrahlt werden oder sich entlang der Leitung fortpflanzen.

Um einen Verbindungsaufwand zwischen einem Sender und einem Empfänger zu reduzieren, ist es vielerorts üblich, eine serielle Übertragung der digitalen Daten über die Leitung vorzunehmen. Bei gleicher Übertragungsrate muss eine serielle Schnittstelle schneller, also mit höheren Frequenzen als eine parallele Schnittstelle betrieben werden, sodass eine Neigung zur Abstrahlung von Störsignalen an seriellen Schnittstellen grundsätzlich erhöht ist. Typische serielle Protokolle und Busse sind SPI, I2C, USB, RS232, RS45 und LVDS. Bei einigen dieser Protokolle bzw. Busse wird eine differenzielle Übertragung von Signalen entlang des Leiters gewählt, was den Leitungsaufwand verdoppelt, aber auch die Störsicherheit erhöht und die Abstrahlung von Störsignalen reduziert. Alle aufge- führten Protokolle bzw. Busse verwenden eine fest vorbestimmte Datenübertragungsfrequenz. Abgestrahlte Störsignale sind daher nur in einem vorherbestimmbaren, von der Datenübertragungsrate abhängigen Frequenzband zu erwarten.

Die beschriebenen Störungen können auch bei der Übertragung von Messwerten von einem Sensor an eine Steuerungskomponente auftreten. Beispielsweise im Umfeld von Kraftfahrzeugen kann ein Sensor zusammen mit einer Vielzahl potentieller elektromagnetischer Störquellen in einem weit verzweigten und kom- plexen Leitungsnetz eingesetzt werden. Eine Abstrahlarmut von Störungen entlang bzw. von der Leitung und eine Resistenz gegen Einstrahlungen von elektromagnetischen Störungen über die Leitung sind in einem derartigen Umfeld üblicherweise per Lastenheft definiert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein System zur Übertragung digitaler Daten über eine Leitung bereitzustellen, welche bei geringem Aufwand verbesserte Störeigenschaften aufweisen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 und durch ein System mit den Merkmalen von Anspruch 4. Unteransprüche gegeben bevorzugte Ausführungsformen an.

Offenbarung der Erfindung

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Übertragen digitaler Daten über eine Leitung umfasst Schritte des Bereitstellens eines Taktsignals und des Übertragens der digitalen Daten synchron zum Taktsignal, wobei das Taktsignal eine Frequenz aufweist, die über die Zeit veränderlich ist.

Ein Frequenzband, auf dem elektromagnetische Störungen abgestrahlt bzw. empfangen werden können, wird auf diese Weise verbreitert. Die jeweilige Energie pro Frequenz wird dadurch verringert, so dass die Resistenz gegenüber Störungen und die Abstrahlung von Störungen pro Frequenz verringert ist. Vorteilhafterweise kann das verbesserte Störverhalten relativ einfach erreicht werden. Vorzugsweise wird die Frequenz abschnittweise linear verändert. Eine derartige Frequenzmodulation ist leicht herzustellen und kann einen vereinfachten Aufbau der Übertragung zwischen einem Sender und einem Empfänger der digitalen Daten erlauben. Die digitalen Daten können binär kodiert und seriell übertragen werden. Dadurch ist das Verfahren besonders geeignet für eine serielle Datenübertragung, für die eine wenig aufwendige Leitung verwendet werden kann.

Ein erfindungsgemäßes System zur Übertragung digitaler Daten umfasst eine Sendeeinrichtung, eine Empfangseinrichtung und eine Leitung zur Übertragung eines Leitungssignals von der Sendeeinrichtung zur Empfangseinrichtung. Die

Sendeeinrichtung umfasst einen Taktgenerator zur Bereitstellung eines über die Zeit veränderlichen Taktsignals und eine Synchronisiereinrichtung zur Bereitstellung des Leitungssignals auf der Basis einer Synchronisierung der Daten mit dem Taktsignal. Die Empfangseinrichtung umfasst eine Dekodiereinrichtung zur Dekodierung der Daten aus dem über die Leitung übertragenen Leitungssignal.

Vorteilhafterweise kann das erfindungsgemäße System insbesondere in Umfeldern eingesetzt werden, in denen eine Abstrahlung elektromagnetischer Signale von der Leitung und eine Anfälligkeit gegenüber elektromagnetischen Einstrah- lungen über die Leitung kritische Faktoren sind. Dabei kann die Leitung unterschiedliche Länge haben und beispielsweise durch ein Kabel oder durch eine Leiterbahn auf einer Platine gebildet sein. Die erfindungsgemäße Variation des Taktsignals, auf dessen Basis die Daten über die Leitung übermittelt werden, kann auf einfache und kostengünstige Weise implementiert werden. Dadurch eignet sich das System auch für Einrichtungen, in denen eine Vielzahl von Datenübertragungen vorgesehen sind.

Vorzugsweise weist die Leitung nur einen physischen Kanal zum Übertragen von Informationen auf. Auf eine Übertragung des Taktsignals kann verzichtet werden. Dadurch können Herstellungskosten für das System gering gehalten sein. In einer alternativen Ausführungsform kann das Taktsignal auch mittels eines separaten physischen Kanals übertragen werden, wodurch eine verbesserte Decodie- rung seitens der Empfangseinrichtung erzielt werden kann.

Die Synchronisiereinrichtung kann eine Umwandlungseinrichtung paralleler in rielle digitale Daten umfassen. So kann die Umwandlung parallel vorliegender Daten in eine über die Leitung übertragbare Form gleichzeitig mit der Synchronisierung auf das Taktsignal variabler Frequenz durchgeführt werden. Die Synchronisiereinrichtung kann auf einfache Weise beispielsweise mittels eines Schieberegisters aufgebaut sein.

Die Sendeeinrichtung kann eine Abtasteinrichtung zur Abtastung einer Messgröße umfassen, wobei die digitalen Daten durch die Abtastung bereitgestellte Messwerte repräsentieren.

So ist es möglich, die Sendeeinrichtung mit einem Sensor zu integrieren, sodass ein einfacher und kostengünstiger digitaler Sensor bereitgestellt werden kann, der in dem oben beschriebenen System mit gutem Störverhalten betreibbar ist.

Dabei kann ein vom Taktgenerator unabhängiger Taktgeber zur Generierung eines Abtastsignals mit konstanter Frequenz zur Steuerung der Abtasteinrichtung vorgesehen sein. Die Abtastung der Messgröße kann auf diese Weise auf der Basis eines festen Zeitrasters erfolgen, während die Übertragung der Daten, welche die Messwerte repräsentieren, auf der Basis des variablen Taktsignals erfolgen kann. Das beschriebene System lässt sich auf diese Weise gut in ein bestehendes System integrieren, welches die abgetasteten Messwerte weiterverarbeitet.

Insbesondere kann die Sendeeinrichtung einen Radarsensor umfassen. Eine störungsgesicherte Übertragung der mittels des Radarsensors erhobenen Messwerte kann mittels des beschriebenen Systems einfach und zuverlässig erfolgen.

Die Empfangseinrichtung kann einen programmierbaren Mikrocomputer umfassen.

Kurze Beschreibung der Figuren

Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren näher beschrieben, in denen:

Figur 1 ein System zur Übertragung digitaler Daten über eine Leitung; Figur 2 eine weitere Ausführungsform des Systems von Figur 1 als Teil eines Radarsensors; und

Figur 3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Übertragung digitaler Daten über eine Leitung;

darstellt.

Genaue Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Figur 1 zeigt ein System 100 zur Übertragung digitaler Daten über eine Leitung.

Das System 100 umfasst eine Sendeeinrichtung 105, eine Empfangseinrichtung 1 10 und eine Leitung 115, mittels derer die Sendeeinrichtung mit der Empfangseinrichtung verbunden ist.

Die Sendeeinrichtung 105 umfasst einen Analog-Digital-Wandler 120 zur Abtastung einer Messgröße, die an einem Anschluss 125 anliegt, welcher mit dem Analog-Digital-Wandler 120 verbunden ist. Der Analog-Digital-Wandler 120 arbei tet auf der Basis eines Taktsignals, welches von einem Taktgeber 130 bereitgestellt ist. Der Taktgeber 130 umfasst einen Schwingquarz 135 und einen Teiler 140. In anderen Ausführungsformen kann der Taktgeber 130 auch beispielsweise auf der Basis eines keramischen Oszillators, eines RC-Glieds oder eines LC- Glieds aufgebaut sein. Auf jeden Fall ist das vom Taktgeber bereitgestellte Abtastsignal von einer konstanten Frequenz über die Zeit, so dass der Analog- Digital-Wandler 120 in konstanten Abständen Messwerte zur Verfügung stellt.

Mit dem Anschluss 125 kann ein beliebiger Sensor verbunden sein, beispielsweise ein Bedienelement oder Messdatenfühler einer Motorsteuerung, einer Klimaanlage, eines Sicherheitssystems, einer Navigationsvorrichtung, eines Reifendruck-Überwachungssystems oder einer anderen Steuereinrichtung an Bord eines Kraftfahrzeugs. Der Sensor kann mit der Sendeeinrichtung 105 integriert ausgeführt sein. Die am Anschluss 125 anliegenden Werte können später vom programmierbaren Mikrocomputer 175 weiterverarbeitet werden, etwa in Form einer Steuerung oder Regelung. Der Analog-Digital-Wandler 120 stellt den abgetasteten digitalen Wert in binär kodierter Form auf mehreren Leitungen einem Schieberegister 145 bereit. Das Schieberegister 145 übernimmt die bereitgestellten parallelen Daten und wandelt sie auf der Basis eines Taktsignals in serielle Daten um.

Das Taktsignal für das Schieberegister 145 wird von einem Taktgenerator 150 bereitgestellt, der einen modulierbaren Oszillator 155 und eine Modulationsquelle 160 umfasst. Der modulierbare Oszillator 155 ist ein spannungsgesteuerter Oszillator (Voltage Controlled Oscilator, VCO) und die Modulationsquelle 160 stellt ein abschnittsweise lineares Modulationssignal bereit. Das bereitgestellte Modulationssignal kann beispielsweise die Form eines Dreiecks, eines Sägezahns oder eines Trapezes haben. Dementsprechend ist die Frequenz des vom modulierbaren Oszillator 155 bereitgestellten Taktsignals über die Zeit abschnittsweise linear veränderlich.

Die mittels des Schieberegisters 145 serialisierten Daten werden mittels eines Treibers 165 auf die Leitung 115 gelegt.

Die Leitung 115 ist vorzugsweise eine Zweidrahtleitung, wobei sowohl ein asymmetrischer (Single ended) als auch ein symmetrischer (differential) Aufbau verwendet werden kann. Ein zusätzlicher Draht bzw. ein zusätzliches Drahtpaar kann zur Übermittlung des variablen Taktsignals vorgesehen sein. Die Leitung 115 kann etwa koaxial, parallel oder verdrillt ausgeführt sein. Zusätzlich können eine oder mehrere Abschirmungen im Bereich der Leitung 1 15 angeordnet sein. In noch einer Ausführungsform überträgt die Leitung 1 15 ein durch den Treiber

165 bereitgestelltes differenzielles Signal, wobei die Leitung 1 15 eine Drei- oder Mehrdrahtleitung ist.

Das mittels der Leitung 115 übertragene Leitungssignal wird seitens der Empfangseinrichtung 1 10 durch einen weiteren Treiber 170 terminiert. Die Treiber 165 und 170 korrespondieren zueinander und definieren physikalische Übertragungsparameter über die Leitung 1 15 wie beispielsweise eine Übertragungsspannung, einen differenziellen Betrieb und eine Impedanz der Leitung 115.

Das durch den weiteren Treiber 170 gewandelte Leitungssignal wird an einen programmierbaren Mikrocomputer 175 weitergeleitet, der daraus die übermittel- ten Daten rekonstruiert. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Mikrocomputer 175 dazu eingerichtet, die rekonstruierten Daten weiterzuverarbeiten. Zur Weiterverarbeitung kann eine Manipulation, Zusammenfassung, Speicherung und/oder Weiterleitung der Daten gehören.

Figur 2 zeigt eine weitere Ausführungsform des Systems 100 von Figur 1 als Teil eines Radarsensors 210. Im Unterschied zu der oben mit Bezug auf Figur 1 beschriebenen Ausführungsform erfolgt die Bereitstellung des Taktsignals für das Schieberegister 145 auf eine andere Art und Weise und der Analog-Digital- Wandler 120 tastet ein Signal ab, dass von einem Element des Radarsensors

210 bereitgestellt wird.

Der Radarsensor 210 umfasst eine Modulationsquelle 220, die im Wesentlichen der oben beschriebenen Modulationsquelle 160 entspricht. Die Modulationsquel- le 220 stellt ein Modulationssignal an einen modellierbaren Oszillator 230 bereit.

Wie oben mit Bezug auf den modulierbaren Oszillator 155 von Figur 1 beschrieben ist, stellt der modulierbare Oszillator 230 ein entsprechend dem Modulationssignal moduliertes Taktsignal bereit. Das Taktsignal wird mittels eines Treibers 240 durch eine vorbestimmte Konstante geteilt, die in einer bevorzugten Ausführungsform eine Zweierpotenz ist, sodass der Teiler 240 leicht beispielsweise als Kaskade von Flipflops aufgebaut sein kann.

Das Taktsignal wird ferner an einen Ausgangsverstärker 250 weitergeleitet, der das Signal verstärkt und über eine Sendeantenne 260 abstrahlt. Eine Reflexion des abgestrahlten Signals von einem Objekt wird mittels einer Empfangsantenne 270 empfangen und mittels eines Empfangsverstärkers 280 verstärkt. Ein Differenzbilder 290 bildet eine Differenz zwischen dem Taktsignal und dem verstärkten empfangenen Signal. Ohne näher auf den Radarsensor 210 und seine Variationsmöglichkeiten einzugehen, ist die durch den Differenzbilder 290 bereitgestellte Differenz proportional zu einer Relativgeschwindigkeit bzw. einem Abstand eines Objekts, welches das mittels der Sendeantenne 260 ausgesandte Signal zur Empfangsantenne 270 reflektiert, zu den Antennen 260 und 270. Die vom Differenzbilder 290 bereitge- stellte Differenz wird, wie oben beschrieben, mittels des Analog-Digital-Wandlers 120 abgetastet. Die Übertragung der abgetasteten Werte über die Leitung 1 15 erfolgt wie oben mit Bezug auf Figur 1 ausgeführt ist.

Figur 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 300 zur Übertragung digitaler Daten über eine Leitung. Das Verfahren 300 ist insbesondere zur Ausführung durch die Systeme 100 der Figuren 1 und 2 geeignet.

In einem ersten Schritt 310 werden zur Übertragung der Daten in das Schieberegister 145 geladen. Zeitgleich wird in einem davon unabhängigen Schritt 320 ein Taktsignal variabler Taktfrequenz bereitgestellt. Die Taktfrequenz wird dabei vorzugsweise abschnittsweise linear verändert, wozu ein abschnittsweise lineares Modulationssignal erzeugt an einen variablen Taktgenerator bereitgestellt werden kann. In einem Schritt 330 werden die Daten in einem Schieberegister 145 mit der

Taktfrequenz synchronisiert, so dass die Daten im Takt der Taktfrequenz seriali- siert werden und die serialisierten Daten synchron zur Taktfrequenz in einem Leitungssignal bereitgestellt sind. In einem anschließenden Schritt 340 erfolgt ein Übertragen des bereitgestellten Leitungssignals über die Leitung 1 15.

Danach werden die Daten aus dem Leitungssignal in einem Schritt 350 dekodiert und schließlich in einem Schritt 360 bereitgestellt. Das Verfahren 300 verzweigt dann zurück zu Schritt 310 und kann erneut durchlaufen.