专利名称：信号处理方法
技术领域：
本发明涉及一种用于处理经由连接传输的并且由数字接ロ接收的信号的方法，以及涉及这样的数字接ロ。
背景技术：
已知结合诸如ISDN、以太网、DSL的确定的传输方法或者传输标准使用修正器。但是这些传输方法规定借助发送的信号连续地传输数据或者信息。然而在例如在机动车中结合专门的数字接ロ应用的所谓的突发传输的情况下，不规定数据的连续传输。特别在汽车技术中关于消耗效率、有害物质排放最小化和安全性的要求持续地增长。这导致必须在传感器或者执行器和控制设备、即中央控制器之间越来越快地传输越来越大的数据量。表明的是，这只有通过引入新的数字接口才可能，利用所述新的数字接ロ能够快速并且可靠地传输高数据速率。在此要注意，较高数据速率的传输需要把数字数据调制到比在过去为在传感器和控制设备之间进行数据传输所使用的频率更高的传输频率上。 以高的位速率进行数据传输的副效应是，与这当在较低频率范围中传输时的情况相比，強烈得多地使被调制的信号失真。信号的失真能够导致显著提高被传输的数据的位误差率。该信道失真基本上可以通过在接收器处的修正器补偿。在此情况下，自适应滤波器自动地匹配于未知的或者变化的信道环境。这种自适应修正器当今在数字通信技术的许多领域中使用。下面要介绍的新的修正器结构使得能够在通过在汽车技术中引入的新的数字接口和数据总线进行数据传输的情况下既显著减小误差率，又把数据传输速率提高多倍。由于在汽车领域中数据传输的特色，对于在汽车领域中的数字传输系统中使用，与从文献和实践中所知的修正器结构相比，必须对修正器概念进行相当很多改变。中期，修正器在汽车技术中在高位速率的传输系统中的使用是不可避免的，因为诸如较低数据速率、较短传输线路或者使用高度准确的和从而昂贵的器件的替代方案带来显著的缺点。此外在汽车技术中在传动系和在底盘区域内使用根据CAN标准、SENT标准和PSI5 标准的数字接ロ。PSI5 (PSI !Peripheral Sensor Interface (外围传感器接 ロ))是用于传感器的数字接ロ，该数字接ロ作为电流接ロ基于双线线路，并且被用于将所扩张(ausgelagert)的传感器连接到电子控制设备上。在这些新的数字传输方法中特别对于PSI5技术而言信道失真的影响具有大的意义，因为信道失真的结果限制可能的线路长度、数据速率和总线拓扑或者导致高的位误差率。
发明内容
以此为背景介绍ー种具有权利要求I的特征的方法和根据权利要求6的数字接ロ。扩展方案从从属权利要求中和说明书中得出。
因此介绍一种为在例如在汽车技术中使用的数字接口中应用的新的修正器类型。下面说明与已知的修正器概念的区別。所介绍的方法既可以在电流调制的传输情况下也可以在电压调制的传输情况下使用。本发明的其他优点和扩展方案从说明书和附图中得出。不言而喻，上述的以及还要在下面阐述的特征不仅可以以 分别给出的组合的方式、而且还可以以其他组合的方式或者単独地使用，而不偏离本发明的范围。
图I示出用于电流调制的数据传输的系统。图2示出PSI5数据传输的时间曲线控制设备侧以固定的间隔发送电压脉冲作为同步信号。在由此预先给定的时间间隔内，传感器发送电流调制的数据包。图3以图形示例性地示出在电感性信道时PSI5信号的失真。图4以图形示例性地示出在电容性信道时PSI5信号的失真。图5以图形根据信噪比示出位误差率。图6以四个图形示出按照现有技术的应该使信道失真的影响最小化的脉冲形成的比较。图7以示意图示出具有星形拓扑的传感器总线系统。图8示出传感器总线系统中的不同的传输信道。图9示出在总线系统内对于不同的信道脉冲应答的例子。图10示出具有自适应修正器和不具有自适应修正器的PSI5传输路段。图11示出具有自适应修正器的PSI5接收器的原理。图12示出自适应线性横向修正器的原理。图13以两个图形示出借助自适应修正器对接收信号的信道失真的补偿。图14以电路图示出具有量化反馈的非线性修正器。图15示出修正器的适应阶段与PSI5帧结构的耦合。图16示出为PSI5接收数据控制修正器。图17示出关于PSI5传输的时间曲线对修正器系数组交换的控制。图18示出用于交换修正器的系数组的电路。图19示出具有修正器的PSI5接收器的可替代的基本结构。图20示出采样间隔、数据-符号间隔和曼彻斯特编码的位的间隔的定义。
具体实施例方式根据实施方式在附图中示意示出本发明，并且下面參考附图详细说明。在图I中描绘用于通过双线接ロ进行电流调制的数据传输的系统的结构。该图示示出电子控制单元或EOJ (electronic control unit) 10和传感器12,所述传感器包括ASIC140 E⑶10和传感器12通过连接20或者线路彼此连接。箭头16表示在E⑶接ロ处的电压。另ー个箭头18表示在传感器接ロ处的电压。其间以等效电路图描绘连接20的总电阻。
PSI5接ロ使用电流调制的双线传输技术，如这例如在图I中所示。按照PSI5标准，数字数据被曼彻斯特编码。在此情况下，每一位(0或I)被调制到数据符号的组合低/闻或者尚/低。高或者低相位的持续时间在PSI5传输情况下标称地为4 U S，由此曼彻斯特编码的数据的位周期持续8ms。这相应于125kbit/s的数据速率。可替代地，PSI5标准也允许53 u s的位周期，这相应于189kbit/s的数据速率。PSI5数据在数据帧中被组织，其长度可以为11到33位。在数据帧之间存在停顿(Pausen)，其中不进行数据传输。除异步传输模式外，PSI5还具有同步传输模式。在此情况下，控制设备传输电压调制的脉冲，例如同步脉冲或“Sync脉冲”，其也可以称为触发脉沖，传感器从其中推导出用于发送其数据帧的时间协调或者定时。在同步模式中PSI5还能够实现总线传输，因为总线的各个用户能够从同步脉冲推导出用于发送其数据的时间点。因为传感器可能不具有高度准确的时钟作为时钟脉冲发生器，所以传感器的时基可能相对于控制设备的时基变化。这具有的结果是，传感器发送其PSI5数据帧的时间点也可能相对于 控制设备的时基变化。在异步模式中发送器、例如传感器或者执行器自身发送数据。接收器，通常是控制设备，必须接收数据并且相应地修正。因此接收器适应于所接收的数据自身。图2示出通过信号30触发的PSI5数据传输，所述信号在同步传输的情况下由控制设备输出，并且所述信号传输同步脉冲32。以对同步脉冲固定的时间比定义时间窗ロ34，其中存在由传感器发送的实际的PSI5数据帧36。为每ー传感器可以编程PSI5数据帧36的标称开始时间38。被传输的信号的振幅和相位的线性失真导致脉冲形状改变和被展开的脉冲互相干扰。图3和图4示出被发送的曼彻斯特编码的PSI5信号的例子和在接收器处的相应的失真的脉冲。在图3中在横坐标100处绘出以y s为单位的时间和在纵坐标102处绘出以A为单位的电流。在该图形中示出要传输的信号104的曲线和通过传输(电感性信道)失真的信号106的曲线。在图4中在横坐标120处绘出以U s为单位的时间和在纵坐标122处绘出以A为単位的电流。在该图形中示出要传输的信号124的曲线和通过传输(电容性信道)失真的信号126的曲线。PSI5信号的失真非常強烈地取决于线路的长度和相应布线。图3和4中的例子示出所传输的PSI5信号的失真，其在点对点连接的情况下在线路和布线參数的在PSI5标准中规定的容差的范围内完全可能。图3和4表明，传输信号的失真导致传输质量显著变差。图5根据图3的传输信道的例子示出位误差率可以如何由于信道失真而显著升高。在此，在横坐标150处绘出以dB为单位的信噪比和在纵坐标152处绘出在PSI5传输时位误差概率。第一曲线154示出通过PSI5误差识别检测的误差(理想信道)，第二曲线156示出所检测的误差(电感性信道)，第三曲线158示出未检测的误差(理想信道)，和第四曲线160示出未检测的误差(电感性信道)。双箭头162表示位误差率由于信道失真的增长。
在实际应用中在调制数字信号时代替具有大的带宽的矩形脉冲更确切地说使用带宽受限的脉冲，例如具有S形倒圆的边沿的脉冲。这首先用于减少通过所述信号在高频范围内的辐射。此外该造型或者成形具有能够减少通过信道在许多可能的线路类型情况下引起的失真的优点。为此图6以四个图形关于信道失真示出矩形脉冲和具有倒圆的边沿(成形)的脉冲的传输的比较。在此，分别在横坐标180处绘出以y s为单位的时间和在纵坐标182处绘出信号电平。如图6中的例子所示，虽然信道的影响可以通过信号的带限制被减小，但是所接收的信号继续失真。
在汽车技术中为在控制设备(EQJ electronic control unit (电子控制单元))和外围单元(如传感器或者执行器)之间通信使用下面不同的线路拓扑 点对点连接 总线连接。在点对点连接的情况下，给每一外围单元(传感器、执行器)为与控制设备通信而提供专用的线路。而在总线连接的情况下多个外围単元(传感器、执行器)共享ー个到控制设备的线路连接。数据总线系统的大的优点在于能够节省车辆中的线路。此外在控制设备处需要较少的数字接ロ。图7示出具有星形拓扑的传感器总线系统的例子。该图示示出具有ECU202的控制设备200、第一传感器204、第二传感器206和第n传感器208。对于PSI5系统可选地对于点对点传输计划通过简单的总线拓扑传输。然而所述总线拓扑的缺点是，比在点对点连接的情况下引起強烈得多的信号失真。虽然在总线系统中不同的用户(外围单元)共享ー个物理传输线路，然而在每ー用户和接收器之间的传输信道基本不同。图8不出传感器总线系统中的传输信道。在此不出控制设备220、第一传感器222、第二传感器224和第n传感器226。相应地可以看到第一传输信道230、第二传输信道232和第n传输信道234。该图示示出，在每ー传感器222、224、226和控制设备220之间存在不同的信道，它们也可以分别具有不同的信道脉冲应答，如例如在图9中所示。图9示出在总线系统内不同的信道脉冲应答的例子。在此，在横坐标250处绘出以us为单位的时间和在纵坐标252处绘出信号电平。该图示示出对于具有不同线路拓扑和信道传输功能的不同信道的信道脉冲应答，这导致不同的失真。传输信道的线性失真可以在接收器处再次借助自适应修正器取消，使得再次建立最初的发送信号。为此滤波所接收的信号，以便补偿信道失真。修正器的自适应滤波器在此可以自动地匹配于未知的或者变化的信道环境。自适应修正器在通信技术中在很多线路连接的系统和无线系统中使用。然而在汽车技术中的数字数据传输的情况下自适应修正器迄今未被使用。对此的ー个可能的原因是自适应修正器的使用以模数转换器为前提，所述模数转换器具有多个位的分辨率，而在汽车技术中当前大多数被调制的(数字)接收信号借助简单的并且适宜的I位比较器被转换回其数字值。另ー个可能的原因在于，在迄今使用的频率范围和传输线路情况下失真尚未如此之大，以致用简单的比较器解调即已足够。
然而要注意的是，在PSI5传输的情况下达到或者超过关于数据速率和线路拓扑的极限，其中在无修正器的情况下能够以小的误差率传输。通过传输线路和布线的影响引起的PSI5信号的失真，如上述，可能导致传输质量強烈地变差。通过所接收的信号的失真，信噪比变差，这导致传输误差率升高。此外被展开的脉冲互相干扰，这称为符号间干扰，并且同样导致传输误差。但是这些失真可以通过接收器处的简单的修正器电路取消。PSI5系统中的自适应修正器的使用与仅使用简单的取样比较器用于衡数转换的系统比较带来显著的优点。修正器的使用的优点对于PSI5系统来说特别在于 毫无问题地可以在较长的线路(> IOm)上传输。虽然信道失真随线路长度增カロ，然而修正器能够补偿所述失真。 无限制地可以以高于125kbit/s的数据速率进行PSI5传输。因此能够实现以189kbit/s或者甚至250kbit/s的PSI5传输。通过接收信号的修正在高的数据速率的情况下也不产生符号间干扰。
能够实现总线拓扑，因为修正器补偿在此情况下产生的信道失真。 所使用的构件的容差不遭受如此严格的要求，因为修正器匹配于未知的信道条件。这也适用于对于传输线路的要求。 通过关于尽可能小的辐射优化发送信号的脉冲形成，能够减低通过PSI5传输引起的辐射。修正器能够把该经磨平的脉冲再次转换为矩形脉冲。在图10中说明目前典型的具有取样比较器的PSI5传输路段和具有在接收器处的自适应修正器的PSI5传输路段之间原理区別。图10示出典型的PSI5传输路段与具有自适应修正器的PSI5传输路段的比较。在此，在左侧示出传感器270的区域，和在右侧示出控制设备272的区域，其分别通过双线连接274彼此连接。该图在上部在传感器270的区域中示出曼彻斯特编码的信号276，其借助斜坡成形被调制278。在传输后，该信号在控制设备272中的取样比较器中被采样280。所检测的符号在框282中表示。使所述符号经受多数判决，使得存在在框284中表示的符号。在该图示下部再次示出曼彻斯特编码的信号290和其调制292。在控制设备272中用n位模数转换器采样294所接收的信号并且接着用自适应修正器进行修正296。然后在框298中表所检测的符号。在典型的PSI5接收器中借助取样比较器作出I位判决(电平0或I)。基于所述判决解码曼彻斯特编码的符号。在具有修正器的PSI5接收器中，利用多级n位模数转换器把接收器信号转换为数字数据字。自适应修正器是后随判决器(0，I)的滤波器。自适应修正器补偿信道失真，使得滤波器输出信号已经(近似地)具有电平0或I。在图11中以图形方式概略地示出具有自适应线性修正器的PSI5接收器的原理。在此，在第一图形300中描绘接收的信号301的曲线，在第二图形302中描绘ADC输出信号的曲线、所采样的接收信号303，和在第三图形304中描绘自适应滤波器的输出信号的曲线。在下面示出各个处理级，亦即采样装置306、n位量化器308、自适应滤波器310、判决器或者判决装置312和曼彻斯特解码器314。在实际的修正器实现中借助迭代方法得到自适应滤波器的最优的系数Ci。例如最小均方(LMS)算法是已知的用于(基于均方误差准则)优化修正器系数的自适应方法。
修正器系数的迭代优化借助被最小化的误差信号实现。误差信号en是希望的修正器输出信号an和实际的修正器输出信号yn之间的差别。利用该误差信号和修正器输入数据矢量xn，如在下面的方程中所述的那样，迭代地适配修正器系数
权利要求
1.用于处理经由连接(20)传输的并且由数字接口接收的信号(301)的方法，其中利用信号(301)传输各个数据帧(36)作为被调制的符号的序列，并且其中利用修正器(502)修正接收的信号(301)，其中被采样的接收的信号(303)对于修正器(502)用作输入信号，并且修正器(502)的适应由协议控制地仅以确定的时间间隔进行。
2.根据权利要求I所述的方法，其中，适应阶段由状态机(500)开始和结束。
3.根据权利要求I或2所述的方法，其中，修正器(502)进行接收的信号(301)的多倍采样。
4.根据权利要求I到3之一所述的方法，其中，信号(301)经由点对点连接传输。
5.根据权利要求I到3之一所述的方法，其中，信号(301)经由总线系统传输，并且执行至少一个自适应滤波器(310、666、722)的系数组(514)的变换。
6.数字接口，特别用于执行根据权利要求I到5之一所述的方法，所述数字接口具有修正器(502)，其中修正器(502)被构造用于进行接收的信号(301)的采样以及修正器(502)的适应由协议控制地仅以确定的时间间隔进行。
7.根据权利要求6所述的数字接口，其被构造为用于电流调制的或者电压调制的信号的接口。
8.根据权利要求6或7所述的数字接口，其能够利用触发或者同步信号(32、542)监控发送器的数据传输阶段，由此能够将修正器(502)的运行状态与发送器的数据传输阶段耦口 ο
9.根据权利要求6或7所述的数字接口，其中，修正器(502)的运行状态的顺序从接收信号的数据传输阶段推导出。
10.根据权利要求6到9之一所述的数字接口，其中，为修正器(502)的适应设置状态机(500)。
全文摘要
本发明涉及一种用于处理经由连接传输的并且由数字接口接收的信号的方法，其中利用所述信号传输各个数据帧作为被调制的符号的序列，并且其中利用修正器修正接收的信号，其中修正器对接收的信号进行采样，并且修正器的适应由协议控制地仅以确定的时间间隔进行。
文档编号H03H21/00GK102761507SQ20121017904
公开日2012年10月31日 申请日期2012年4月20日 优先权日2011年4月21日
发明者D·德克 申请人:罗伯特·博世有限公司