使用封端对称物理层的脉冲宽度调制（pwm）传感器接口的制作方法

使用封端对称物理层的脉冲宽度调制（pwm）传感器接口的制作方法
【专利摘要】本发明涉及使用封端对称物理层的脉冲宽度调制（PWM）传感器接口。提供了一种设备，诸如收发器或传感器。设备的接口电路以与信号线的阻抗匹配的阻抗封端信号线。设备的控制器配置成通过接口电路并且根据采用脉冲宽度调制（PWM）用于数据编码的通信协议来在信号线上传送或接收数据。还提供了一种具有匹配接口电路的阻抗的两个或更多个设备的系统，以及一种用于和具有匹配接口电路的阻抗的设备通信的方法。
【专利说明】
使用封端对称物理层的脉冲宽度调制(PWM)传感器接口
技术领域
[0001] 本公开设及采用脉冲宽度调制(PWM)用于数据编码的通信系统的物理层。
【背景技术】
[0002] 通信协议是用于设备之间或设备内的数据交换的规则集合。一种类型的通信协议 是单边半字节传输（SENT)协议。SENT协议是用于异步地且单向地传递由脉冲宽度调制 (PWM)编码的半字节数据(即4位数据)的点对点通信协议。SENT协议通常应用于汽车应用W 便实时地将高分辨率数据从传感器设备传递到电子控制单元(ECU)。运样的汽车应用包括 例如电子助力转向、油口位置感测、踏板位置感测、空气流量感测和液体水平感测应用。
[0003] 尽管SENT协议适用于众多应用，但是它具有限制其实用性的数个缺点。运些缺点 之中有SENT协议的单向和异步本性。附加地，SENT协议限于点对点通信。为了解决运些和其 它缺点，可W采用短PWM代码(SPC)协议来扩展SENT协议。SPC协议引入通过两个或更多设备 所共享的信号线的双向、同步通信，W便由此对SENT协议进行改进。
[0004] 虽然进行SPC改进，但是数据速率通常仍旧是低的。实现SPC协议的通信系统通常 具有开放且相对非定义的物理层（即硬件层）。另外，电磁注射的发射控制和电阻，所谓的电 磁兼容性(EMC)标准，通常由物理层中的滤波器结构管理。尽管开放本性允许设计物理层方 面的灵活性，并且滤波器结构充当重要角色，但是开放本性和滤波器结构还限制设备在大 范围的频率之内与信号线阻抗匹配的能力。运继而限制可得到的数据速率。

【发明内容】

[0005] 鉴于W上内容，本公开内容提供一种用于改进脉冲宽度调制(PWM)通信系统的数 据速率和阻抗匹配的物理层。通信系统的示例包括单边半字节传输（SENT)通信系统和短 PWM代码(SPC)通信系统。
[0006] 在一些实施例中，为了改进PWM通信系统的数据速率和阻抗匹配，共享信号线的两 个设备各自包括控制器和由控制器控制的阻抗匹配接口电路。接口电路封端信号线，并且 典型地建模为用于驱动信号线的上拉开关和下拉开关W及用于阻抗匹配的封端电阻器。电 磁注射的发射控制和电阻由接口电路的比较器或模数转换器(ADC)管理。ADC或比较器测量 信号线(例如电压），并且分别W预确定的采样速率输出离散测量结果或连续二进制信号给 控制器。由于共享信号线的每一个设备共享近似相同的物理层，所WPWM通信系统的物理层 是关于信号线对称的。
[0007] 在其它实施例中，为了改进PWM通信系统的数据速率和阻抗匹配，该对的至少一个 设备包括上拉晶体管和下拉晶体管W替代封端电阻器W及上拉开关和下拉开关。采用上拉 晶体管和下拉晶体管来驱动信号线并且典型地设定其尺寸用于阻抗匹配。附加地或可替换 地，利用上拉和下拉晶体管（即通过向其应用脉冲）的PWM，可选地基于来自信号线的反馈， 实现阻抗匹配。通过在=极管区中操作晶体管，并且控制脉冲高度和脉冲边缘，可W动态地 调节晶体管的阻抗。
[0008] 可W采用改进的数据速率来改进数据编码W便减小未检测到的位错误的概率。例 如，可W采用改进的数据速率来增加求和校验脉冲的长度，诸如循环冗余码校验(CRC)脉 冲，其包括在SPC消息中。
【附图说明】
[0009] 图1图示了根据一些实施例的通信系统的物理层。
[0010] 图2图示了根据一些实施例的接口电路。
[0011] 图3图示了用于接口电路的控制方案的一些实施例。
[0012] 图4图示了用于接口电路的控制方案的可替换实施例。
[OOK]图5图示了根据可替换实施例的接口电路。
[0014] 图6图示了根据一些实施例的具有共享信号线的多于两个收发器的通信系统的物 理层。
[0015] 图7图示了根据一些实施例的传感器系统的物理层。
[0016] 图8图示了根据一些实施例的用于传送数据的方法的流程图。
[0017] 图9图示了根据一些实施例的用于接收数据的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0018] W下详细描述参照附图，其构成本公开的公开内容的部分并且其中出于说明的目 的而示出特殊示例实施例，由此本公开可W在实践上实现。要理解到，可W采用其它示例实 施例，并且可W实现结构和其它改变，而不超出本公开的保护范围。因而，W下详细描述不 应当被视为限制性的。而是，本公开的保护范围仅由随附专利权利要求来限定。
[0019] 参照图1，提供了根据一些实施例的通信系统的物理层100。物理层100对应于用来 实现通信系统的物理硬件。典型地，物理层100是用于实现通信系统的许多抽象层中的一 个，诸如数据链路或输运层。例如，按照表示通信系统的开放系统互连(OSI)模型，物理层 100是表示通信系统的屯个抽象层中的一个。在物理层100是许多抽象层中的一个的情况 下，其典型地是最低抽象层。
[0020] 通信系统包括配置成根据通信协议彼此交换数据的第一收发器102和第二收发器 104。适当地，通信协议使用脉冲宽度调制(PWM)编码数据。运样的通信协议的示例包括单边 半字节传输(SENT)协议、短脉冲宽度调制(PWM)代码(SPC)协议、W及SENT或SPC协议的衍生 物。通信系统可W用于任何应用。然而，通信系统典型地用于汽车应用。在运样的实施例中， 第一收发器102可W例如与电子控制单元(ECU)集成，并且第二收发器104可W例如与传感 器设备集成。通信系统找到用于其的特定用途的汽车应用例如包括电子助力转向、油口位 置感测、踏板位置感测、空气流量感测和液体水平感测应用。
[0021] 信号线106、电力供应线108和电力返回线110在第一和第二收发器102,104之间延 伸。电力线108,110连接到第一和第二收发器102,104的电力连接器112并且用于将电力从 电力供应器114传达给第二收发器104,所述电力供应器114诸如电压源，其与第一收发器 102集成或者W其它方式与第一收发器102相关联。在一些实施例中，第二收发器104的滤波 器116跨第二收发器104的电力连接器112连接W对在通过电力线108,110的电力传输期间 所累积的噪音进行滤波。滤波器116例如是低通电阻器-电容器(RC)滤波器，其具有在电力 连接器112之间串联连接的供应电容器118和供应电阻器120。信号线106连接到第一和第二 收发器102，104的信号连接器122并且用于根据通信协议在第一和第二收发器102，104之间 传达编码数据，诸如Pmi编码数据。在一些实施例中，信号线106具有大约50-200欧姆的阻 抗。
[0022] 控制器124,126和接口电路128,130由电力供应器114供电并且对应于第一和第二 收发器102,104,典型地每一个收发器102,104包括控制器124,126和接口电路128,130。控 制器124，126控制接口电路128，130 W实现通信系统的较高抽象层(高于物理层100 )。控制 器124,126可W包括硬件、软件或运两者的组合W实现较高抽象层。例如，第一收发器102的 控制器124典型地包括运行软件W实现较高抽象水平的微控制器，并且第二收发器104的控 制器126典型地包括专用集成电路(ASIC)等W实现较高抽象层。接口电路128,130为控制器 124,126提供到信号线106的接口，并且布置在对应控制器124,126与对应信号连接器122之 间。另外，接口电路128,130与信号线106的阻抗匹配W封端信号线106。对信号线106封端有 利地避免反射并且因而允许增加通过信号线106的交换数据的速率。
[0023] 每一个接口电路128,130包括在对应电力连接器112之间串联连接的上拉开关132 和下拉开关134。上拉开关132和下拉开关134由对应控制器124,126通过上拉和下拉控制线 136，138电子控制。另外，接口电路128，130的封端电阻器140连接在对应信号连接器122与 上拉开关132和下拉开关134的共享节点之间W封端信号线106并且与信号线106的阻抗匹 配。
[0024] 封端电阻器140的阻抗被选择在目标范围之间。在一些实施例中，封端电阻器阻抗 被选择在所有操作状况(例如所有操作频率)之内的信号线阻抗的大约0.5和2.0倍的目标 范围之间。运实现所有操作状况之内的大约-1/3到1/3之间的反射因子r，并且允许是SENT 协议的两倍的数据速率。反射因子：T可W计算为其中R是封端电阻器阻抗，并且馬 是信号线阻抗。在其它实施例中，封端电阻器阻抗被选择在基于目标数据速率的目标范围 之间。例如，是SENT协议的五倍大的目标数据速率要求大约-1/7和1/7之间的反射因子，W 及所有操作状况之内的信号线阻抗的大约0.75和1.5倍的目标范围。
[00巧]每一个接口电路128,130还包括比较器142 W在接口电路128，130接收数据的同时 测量跨对应封端电阻器140的电压降。在接口电路128,130的数据接收阶段期间，上拉和下 拉开关132,134设定为预确定状态（例如下拉状态、上拉状态、或者其中上拉和下拉开关 132,134二者均活跃的高欧姆状态）。另外，比较器142将跨封端电阻器140的电压降与参考 电压144相比较，该参考电压144取决于预确定的状态。基于比较，比较器142通过输出线146 向对应控制器124,126输出信号，诸如二进制信号。信号取决于电压降是在参考电压144W 上还是W下而变化。在一些实施例中，比较器142引入二进制信号上的滞后现象。通过引入 滞后现象，针对电磁注射的发射控制和电阻而有利地拒绝信号线106上的噪音，如电磁兼容 性(EMC)标准所要求的。滞后现象可W伴随有或者没有信号线106上的滤波器结构(诸如RC 滤波器结构）的减少使用。
[00%] 在一些实施例中，一个或多个电容器148、电感器和/或对应于接口电路128,130的 其它电子组件连接到信号线106。运样的电子组件148可W例如用于对信号线106上的噪音 滤波和/或提供从比较器142输入到电力返回线110的交流(AC)路径W用于其中上拉和下拉 开关132,134二者是活跃且高欧姆的那些情况。就接口电路128,130包括运样的电子组件 148的程度而言，电子组件148选择成使得电子组件148对接口电路128，130的输入阻抗的影 响是可忽略的。也就是说，在信号线106的所有操作状况(例如所有操作频率)之内，电子组 件148对输入阻抗的影响不会使输入阻抗偏移到目标范围（例如信号线阻抗的大约0.5-2.0 倍的阻抗)之外。
[0027]在通信系统的操作期间，第一和第二收发器102,104中的一个W编码数据驱动信 号线106并且第一和第二收发器102,104中的另一个接收编码数据。为了 W编码数据驱动信 号线106,驱动收发器102,104的控制器124,126接收传送的数据，诸如传感器数据，并且将 数据编码到具有定义的瞬态或宽度的脉冲序列中。然后通过使用上拉或下拉开关132,134 选择性地拉高或拉低信号线106而在信号线106上生成脉冲。为了通过信号线106接收编码 数据，接收收发器102,104的比较器142连续地测量信号线106之上的电压并且输出二进制 信号。接收收发器102,104的控制器124,126然后分析二进制信号中的脉冲的瞬态W对其中 所编码的数据进行解码。
[00%]采用封端电阻器140有利地允许信号线106得W封端并且阻抗匹配W用于更好的 信令。通过封端信号线106并且在一些实施例中省略滤波器结构，信号线106上的数据速率 可W增加。该增加的数据速率可W用于传达附加数据，诸如增加的求和校验数据和/或增加 的有效载荷数据。甚至更多地，通过使用与第一和第二收发器102,104相同的接口电路128， 130,物理层100承担关于信号线106的对称性，其简化物理层100的设计W及通信系统的操 作。第一和第二收发器102,104二者W相同方式在信号线106上发送和接收数据。
[0029] 参照图2,提供了根据一些实施例的接口电路200。接口电路200可W用于替代图1 的接口电路128，130中的一个或二者。接口电路200包括在接收数据的同时测量信号线（例 如图1的信号线106)上的电压的比较器202。比较器202将信号线上的电压与诸如1.5伏之类 的参考电压144相比较，并且基于比较向对应控制器(例如图1的控制器124,126)输出二进 制信号。在一些实施例中，比较器202实现二进制信号上的滞后现象W改进与EMC标准的兼 容性。滞后现象可W伴随有或者不伴随有信号线上的滤波器结构(诸如RC滤波器结构）的减 少使用。运样的滤波器结构通常增加收发器的输入电容，运影响阻抗匹配并且限制可得到 的数据速率。
[0030] 上拉晶体管204和下拉晶体管206在对应电力连接器(例如图1的电力连接器)之间 串联连接。上拉和下拉晶体管204,206的示例是金属氧化物半导体场效应晶体管(M0SFET)。 典型地，上拉晶体管204是P型MOSFET并且下拉晶体管206是n型MOSFET。上拉和下拉晶体管 204，206由控制器通过上拉和下拉控制线(例如图1的控制线136，138 )来电子控制W驱动信 号线和传送编码数据。在一些实施例中，控制器通过应用具有定义的形状（例如高度和边 缘)和定义的瞬态的脉冲208给上拉和下拉晶体管204,206来控制上拉和下拉晶体管204， 206。例如，通过在=极管区中操作上拉和下拉晶体管204,206,脉冲208可W调节上拉和下 拉晶体管204,206的阻抗并且因此在驱动信号线时提供更精细的控制。另外，在一些实施例 中，控制器从比较器202接收反馈来动态地调节脉冲208W更好地控制信号线上的脉冲的形 状和/或瞬态。
[0031] 在超出用于驱动信号线的情况下，上拉和下拉晶体管204,206还用于定义如上文 所描述的那样选择的封端阻抗。封端阻抗可W通过适当地设定尺寸和/或控制上拉和下拉 晶体管204,206来定义。在一些实施例中，设定上拉和下拉晶体管204,206中的每一个的尺 寸W便具有封端阻抗。在运样的实施例中，仅上拉和下拉晶体管204,206中的一个典型地在 任一时间处激活或导通。在其它实施例中，在封端阻抗需要更为精确地匹配信号线阻抗(例 如W获得更高的数据速率)的情况下，通过上拉和下拉控制线将脉冲208应用于上拉和下拉 晶体管204,206?调节封端阻抗。在运样的实施例中，生成脉冲208使得上拉和下拉晶体管 204,206中的一个或二者在任一时间处导通。
[0032] 上拉或下拉晶体管204,206的阻抗可W通过栅源电压在晶体管204,206处于=极 管区中时被控制。栅源电压和阻抗之间的关系对于本领域技术人员是已知的，并且取决于 晶体管204，206的技术参数(例如晶体管的类型)和晶体管204，206的设定尺寸(例如宽度和 长度）。另外，在一些实施例中，考虑到制备扩展（即在晶体管204,206的制造期间的变化） 和/或溫度W对栅源电压和阻抗之间的关系更好地建模。由于晶体管204,206的栅源电压可 W用于改变晶体管204,206的阻抗，所W晶体管204,206的阻抗可W通过控制应用于晶体管 204,206的脉冲208的形状(例如高度和/或边缘)而变化。例如，可W在状态之间转变时生成 具有定义的斜率或边缘的脉冲208。
[0033] 关于前述内容的挑战在于，如果上拉或下拉晶体管204,206进入饱和区，则可能出 现从目标阻抗的偏离。运样的偏离典型地在信号线上的转变开始并且晶体管204,206的漏 源电压仍旧高时针对晶体管204,206接通而开始。为了解决该挑战，应用于上拉晶体管204 的脉冲与应用于下拉晶体管206的脉冲协调，使得应用于晶体管204,206的脉冲208的边缘 重叠并且一个晶体管204,206关断而同时另一个晶体管接通。当如上文所描述的偏离开始 时，关断的晶体管204,206仍处于=极管区中，由此允许两个晶体管204,206的总体阻抗得 到共同控制并且与信号线匹配。
[0034] 参照图3,作为时间的函数的阻抗的图形300图示了根据一些实施例的接口电路 200的控制方案。通过第一线302针对上拉晶体管、通过第二线304针对下拉晶体管、并且通 过第S线306针对封端晶体管示出阻抗。如上文指出的，上拉晶体管204典型地是P型MOSFET 并且下拉晶体管206典型地是n型M0SFET。时间划分成下拉时段、上拉时段、W及接口电路 200的接收时段。
[0035] 如图3所图示的，用于上拉和下拉晶体管的脉冲208的边缘（即栅源电压)重叠使得 上拉和下拉晶体管204,206二者的并联连接近似停留在信号线阻抗的大约0.5-2.0倍的目 标范围中。另外，在接收时段期间，晶体管204,206二者近似调谐为信号线阻抗的大约2.0 倍。关于控制方案的缺点是电流消耗高。电流消耗可W计算为供应电压除W信号线阻抗的4 倍。尽管具有该控制方案，但是可W采用具有用于接收时段的不同设定和阻抗的更多或更 少重叠的其它控制方案。
[0036] 参照图4,作为时间的函数的阻抗的图形400图示了根据一些实施例的接口电路 200的可替换控制方案。通过第一线402针对上拉晶体管、通过第二线404针对下拉晶体管、 并且通过第=线306针对封端晶体管示出阻抗。
[0037] 如图4所图示的，用于上拉和下拉晶体管204,206的脉冲208的边缘重叠，因此上拉 和下拉晶体管204,206二者的并联连接近似停留在信号线阻抗的大约0.5-2.0倍的目标范 围中。另外，在接收时段期间，上拉和下拉晶体管204,206放置在定义状态中。例如，在接收 时段期间，上拉晶体管204被激活并且下拉晶体管被去激活（即接口电路200放置在下拉状 态中）。有利地，该控制方案不会引起接收时段期间的横跨电流并且比图3的控制方案更简 单。另一方面，必须被解码的电压电平和用于传送器的电流负载是非对称的。尽管具有该控 制方案，但是可W采用具有用于接收时段的不同设定和阻抗的更多或更少重叠的其它控制 方案。
[0038] 返回参照图2,在一些实施例中，封端阻抗还利用连接到信号线的AC负载网络210 来调节。例如，AC负载网络210可W是电阻器212和电容器214的串联连接。有利地，AC负载网 络210允许调节或偏移晶体管阻抗的控制范围，因为AC负载网络210是并联的。典型地，AC负 载网络210的R別寸间常量选择成使得行为对于信号线的操作频率范围而言是近似阻性的。
[0039] 参照图5,提供了根据一些实施例的接口电路500。接口电路500可W用于替代图1 的接口电路128,130中的一个或二者。接口电路500包括W预确定的采样速率测量信号线 (例如图1的信号线106)上的电压的ADC 502。例如，ADC 502通过W预确定的采样速率比较 信号线电压与一个或多个参考电压来周期性地测量电压并且将数字值输出到对应的控制 器(例如图1的控制器124,126)。在其它实施例中，比较器(未示出）用于替代ADC 502W便通 过例如比较信号线电压与参考电压并且输出二进制信号来连续地测量信号线上的电压。在 测量信号线上的电压时，不管是使用ADC 502还是比较器，在不使用信号线上的滤波器结构 的情况下，滤除噪音用于遵从EMC标准。
[0040] 上拉晶体管204和下拉晶体管206在对应的电力连接器（例如图1的电力连接器 112 )之间串联连接。上拉和下拉晶体管204，206的示例是MOSFET。上拉和下拉晶体管204， 206由控制器通过上拉和下拉控制线(例如图1的控制线136,138)电子控制W驱动信号线并 且传送编码数据。在超出用于驱动信号线的情况下，上拉和下拉晶体管204,206还用于定义 如上文所描述的那样选择的封端阻抗。在运方面中，上拉和下拉晶体管204,206中的一个或 二者被设定尺寸和/或控制成W便具有目标范围内的目标阻抗(例如信号线阻抗的0.5-2.0 倍)。
[0041] 上拉和下拉晶体管204,206通过控制器和/或对应的调控器504电子控制，如图2中 所描述的。然而，相比于图2,上拉和下拉晶体管204,206还基于来自ADC 502或比较器的测 量结果（即来自信号线的反馈）电子控制。例如，如所图示的，控制器选择性地激活调控器 504W上拉或下拉信号线。响应于被激活，调控器504选择性地使对应的上拉或下拉晶体管 204,206脉动W实现信号线的阻抗匹配，如基于来自ADC 502或比较器的测量结果所确定 的。作为另一示例，控制器选择性地使上拉和下拉晶体管204,206脉动W实现信号线的阻抗 匹配，如基于来自ADC 502或比较器的测量结果所确定的，并且不使用调控器504。
[0042] 在一些实施例中，控制器和/或对应的调控器504使用来自ADC 502或比较器的测 量结果来确定用于控制上拉和下拉晶体管204,206的控制栅电压。例如，控制器和/或对应 的调控器504使用ADC 502或比较器测量信号线上的电压。自此之后，确定晶体管204,206中 的一个的漏源电压。对于上拉晶体管204,漏源电压被计算为供应线电压与所测量的电压之 间的差。对于下拉晶体管206,漏源电压是所测量的电压。自此之后，通过将漏源电压除W信 号线的已知阻抗来计算漏源电流。另外，对于上拉晶体管204,将商与负的那个相乘，因为电 流在与下拉晶体管206相反的方向上流动。对于漏源电流，使用晶体管204,206的晶体管模 型将晶体管204,206的栅源电压计算为漏源电压和漏源电流的函数。晶体管模型返回实现 目标范围内的阻抗(例如信号线阻抗的0.5-2.0倍)的栅源电压，而同时保持晶体管204,206 处于=极管区中。在一些实施例中，晶体管模型可W考虑到制备扩展和/或溫度W更好地确 定栅源电压。
[0043] 在已经确定用于上拉和下拉晶体管204,206的控制栅电压的情况下，控制器和/或 对应的调控器504基于控制栅电压来将脉冲（没有特别地示出）应用于上拉和下拉晶体管 204，206。运可W如W上在图2中所描述的那样和/或依照图3和4的控制方案中的任一个来 实现。脉冲的边缘成形和/或上拉和下拉晶体管204,206之间的移交可W通过上拉和下拉晶 体管204，206之间的电流的再分布(例如通过选择性地关断下拉晶体管206而同时接通上拉 晶体管204)来控制。可W W使得所测量的电压W期望的回转速率改变的方式来控制过程的 速度，除非晶体管204，206中的一个被关断。
[0044] 在一些实施例中，还利用连接到信号线的AC负载网络(未示出）调节封端阻抗。例 如，AC负载网络可W是电容器和电阻器的串联连接。有利地，AC负载网络允许调节或偏移晶 体管阻抗的控制范围，因为AC网络是并联的。典型地，AC负载网络的R別寸间常数选择成使得 行为对于信号线的操作频率范围而言近似是阻性的。
[0045] 尽管没有示出，但是图1的接口电路128,130中的一个或二者可W替换为可替换的 接口电路，诸如图2和5的接口电路200,500。例如，第二收发器104的接口电路130可W替换 为图2或5的接口电路200,500。作为另一示例，第一收发器102的接口电路128可W用图2的 接口电路200替换，并且第二收发器104的接口电路130可W用图5的接口电路500替换。作为 又一示例，图1的接口电路128,130中的至少一个可W用接口电路替换，该接口电路具有用 电流助力数模转换器(DAC)和电流反射镜替换的上拉和下拉晶体管。
[0046] 参照图6,提供了根据一些实施例的通信系统的物理层600。相比于图1的物理层 100，多于两个收发器102，104，602，604连接到信号线106并且配置成根据通信协议彼此交 换数据。适当地，通信协议使用PWM编码数据。运样的通信协议的示例包括SENT协议、SPC协 议、W及SENT或SPC协议的衍生物。
[0047] 通信系统包括第一收发器102、第二收发器104和一个或多个附加收发器602,604。 一个或多个附加收发器602,604包括例如第=收发器602和第四收发器604,并且是如上文 针对第二收发器104所描述的那样。通信系统可W用于任何应用。然而，通信系统典型地用 于汽车应用。通信系统针对其找到特别用途的汽车应用包括例如电子助力转向、油口位置 感测、踏板位置感测、空气流量感测和液体水平感测应用。
[004引信号线106,连同电力供应线108和电力返回线110-起，在收发器102,104,602， 604之间延伸。电力线108,110连接到收发器102,104,602,604的电力连接器112并且用于从 与第一收发器102集成或W其它方式与第一收发器102相关联的电力供应器114向第二和附 加的收发器104，602，604传达电力。在一些实施例中，对应于第二和附加的收发器104，602， 604的滤波器116,606,608跨第二和附加的收发器104,602,604的电力连接器112连接W对 在通过电力线118,110的电力传送期间所累积的噪音进行滤波。
[0049]控制器 124,126,610,612 和接 口电路 128,130,614,616 由对应于收发器 102,104， 602，604的电力供应器114供电，其中典型地每一个收发器102,104,602，604包括控制器 124,126,610,612和接 口电路 128,130,614,616。控制器 124,126,610,612控制接 口电路 128,130,614,616?实现通信系统的更高抽象层（比物理层600更高）。接口电路128,130， 614,616为控制器124,126,610,612提供到信号线106的接口，并且布置在对应的控制器 124,126,610,612和对应的电力连接器112之间。另外，接口电路128,130,614,616与信号线 106的阻抗匹配W封端信号线106并且改进可W通过信号线106交换数据的速率。
[0化0]因为信号线106上存在多于两个收发器102，104,602,604，所^收发器102，104， 602,604在考虑到彼此的情况下与信号线阻抗匹配。例如，收发器102,104,602,604中的一 个，典型地第一收发器102,与信号线106的阻抗匹配，并且每一个其它收发器102,104,602， 604与信号线106的阻抗的n倍匹配，其中n是其它收发器102，104,602,604的数目。另外，当 没有向信号线106驱动数据时，通过收发器102,104,602,604中的一个或多个将信号线106 维持在定义水平处，诸如地。作为另一示例，通信协议包括令牌系统W实现阻抗匹配。
[0051] 根据令牌系统，仅两个收发器102，104,602,604可W在任一时间处具有令牌。另 夕h接收或传送数据的收发器1〇2，104,602,604在接收或传送数据前根据通信协议请求和 获取令牌。具有令牌的那些收发器102，104,602,604W如上文所描述的那样确定的封端阻 抗与信号线阻抗匹配，并且没有令牌的那些收发器102，104,602,604切换到高阻抗状态(相 对于具有令牌的收发器102，104,602,604而言）。高阻抗状态可^通过例如使上拉和下拉开 关或晶体管132，134,204,206(参见图1-3)二者开路而实现。根据令牌系统的可替换实施 例，收发器102,104,602,604中的一个，典型地第一收发器102,总是具有令牌(显示的或隐 式的)并且其它收发器102，104,602,604共享另一令牌。
[0052] 参照图7,提供了根据一些实施例的传感器系统700。传感器系统700可W例如包括 图1的通信系统。传感器系统700典型地用于汽车应用，但是其可W应用于其它应用。传感器 系统针对其找到特别用途的汽车应用包括例如电子助力转向、油口位置感测、踏板位置感 、空气流量感测和液体水平感测应用。传感器系统包括分别通过信号线106、电力供应线 108和电力返回线110与远程ECU 704通信并且由其供电的传感器设备702。
[0化3] ECU 704通过电力线108,110从ECU 704的电力供应器114向传感器设备702供电。 另外，ECU 704通过信号线106使用收发器102' '从传感器设备702接收和解码数据。微控制 器单元(MCU)124'控制收发器102''的接口电路128''并且通过信号线106从传感器设备702 接收数据。接口电路128''W匹配的阻抗封端信号线106,并且包括ADC或比较器(未示出）W 用于对信号线106上的噪音进行滤波并且为MCU 124'提供信号线106的测量结果。接口电路 128''的示例在图1-3中描述。在接收到经滤波的信号之后，MCU 124'解码其上的编码数据 并且使用解码数据施行后处理活动。例如，MCU 124'可W响应于接收到指示清洗液为低的 传感器数据而激活车辆的仪表盘灯。
[0054] 传感器设备702通过电力线108,110从ECU 704接收电力并且使用滤波器116对所 接收的电力进行滤波。另外，传感器设备702使用传感器706生成传感器数据，并且通过信号 线106使用收发器104' '将传感器数据传送给ECU 704。传感器706可W例如是阻性传感器、 光电传感器等。传感器数据包括例如车辆刹车踏板的位置、车辆的运行速度等。收发器 104' '将信号数据编码到脉冲序列中并且利用脉冲序列驱动信号线106。收发器104' '包括 协议生成器126'和接口电路130''。协议生成器126'控制接口电路130''并且将编码数据驱 动到信号线106。接口电路130''W匹配的阻抗封端信号线106。接口电路130''的示例在图 1-3中描述。
[0055] 尽管没有示出，但是传感器系统700可W采用通信系统和物理层的任何W上所描 述的实施例。例如，传感器系统700可W包括一个或多个附加的传感器，其中每一个包括图6 中所描述的对应附加收发器。
[0056] 参照图8,流程图800图示了根据一些实施例的用于传送数据的方法。
[0057] 在802处，在收发器处接收数据。数据例如是传感器数据。收发器例如是上文描述 的任何一个收发器。
[0058] 在804处，将所接收的数据编码到具有定义瞬态的脉冲序列中。编码可W例如是根 据SENT或SPC协议并且典型地由诸如微控制器之类的控制器预形成。
[0059] 在806处，通过信号线传送脉冲序列，而同时使收发器的阻抗与信号线的阻抗匹 配。信号线在收发器与远程接收器之间延伸。典型地通过选择性地激活上拉和/或下拉开关 或上拉和/或下拉晶体管W上拉(例如上拉至巧伏)或下拉(例如下拉到地)信号线来将脉冲 序列驱动到信号线。典型地，上拉和/或下拉开关或晶体管由控制器控制。在一些实施例中， 通过连接在信号线与上拉和/或下拉开关或晶体管之间的封端电阻器实现阻抗匹配。附加 地或可替换地，在一些实施例中，通过设定上拉和/或下拉晶体管尺寸和/或利用具有定义 形状(例如高度和/或边缘)的脉冲使上拉和/或下拉开关或晶体管脉动来实现阻抗匹配。
[0060] 在一些实施例中，在808处，基于来自信号线的反馈在驱动信号线的同时动态地调 节收发器的阻抗。例如，使上拉和/或下拉开关或晶体管脉动W与信号线的阻抗匹配。动态 调节可W通过控制器和/或调控器来控制。
[0061] 参照图9,流程图900图示了根据一些实施例的用于接收编码数据的方法。
[0062] 在902处，通过信号线在收发器处接收表示编码数据的脉冲序列，而同时使收发器 的阻抗与信号线的阻抗匹配。信号线在收发器与远程传送器之间延伸。编码数据例如是编 码传感器数据。收发器例如是W上描述的任何一个收发器。典型地由诸如微控制器之类的 控制器通过连接到信号线的比较器或ADC从信号线接收脉冲序列。比较器或ADC测量信号线 (例如电压)并且W预确定的采样速率分别输出连续的二进制信号或离散的测量结果。在一 些实施例中，通过连接在信号线与比较器或ADC之间的封端电阻器实现阻抗匹配。附加地或 可替换地，通过设定连接到信号线的上拉和/或下拉晶体管的尺寸和/或W定义的形状(例 如高度和/或边缘)使连接到信号线的上拉和/或下拉晶体管脉动来实现阻抗匹配。
[0063] 在一些实施例中，在904处，基于来自信号线的反馈在接收脉冲序列的同时动态地 调节收发器的阻抗。例如，使上拉和/或下拉开关或晶体管脉动W与信号线的阻抗匹配。动 态调节可W由控制器和/或调控器来控制。
[0064] 在906处，将脉冲序列解码成数据。解码可W例如使根据SENT或SPC协议并且典型 地由控制器执行。
[0065] 在908处，输出解码数据W用于下游使用。例如，可W响应于接收到指示车辆碰撞 的数据而展开气囊。
[0066] 因而，如可W从上文领会到的，本公开内容提供一种设备。该设备包括W与信号线 的阻抗匹配的阻抗封端信号线的接口电路。另外，该设备包括配置成通过接口电路并且根 据采用PWM进行数据编码的通信协议来在信号线上传送或接收数据的控制器。
[0067] 在其它实施例中，本公开内容提供一种系统。该系统包括第一设备和一个或多个 附加设备。第一设备包括W与信号线的阻抗匹配的阻抗封端信号线的第一接口电路。另外， 第一设备包括配置成通过第一接口电路并且根据采用PWM进行数据编码的通信协议来在数 据线上传送或接收数据的第一控制器。一个或多个附加的设备W与信号线的阻抗匹配的阻 抗封端信号线。另外，一个或多个附加的设备配置成根据通信协议在信号线上传送或接收 数据。
[0068] 在又其它实施例中，本公开内容提供一种用于通信的方法。通过信号线在收发器 处传送或接收脉冲序列，而同时使收发器的阻抗与信号线的阻抗匹配。另外，将数据编码到 脉冲序列中和/或将脉冲序列解码成解码数据。
[0069] 前述内容概述了若干实施例的特征使得本领域技术人员可W更好地理解本公开 内容的各方面。本领域技术人员应当领会到，他们可W容易地将本公开内容用作设计或修 改其它过程和结构W施行相同目的和/或实现本文引入的实施例的相同优点的基础。本领 域技术人员还应当认识到，运样的等同构造不脱离于本公开内容的精神和范围，并且他们 可W在其中做出各种改变、替换和更改而不脱离于本公开内容的精神和范围。
【主权项】
1. 一种设备，包括： 以与信号线的阻抗匹配的阻抗封端信号线的接口电路；以及 配置成通过接口电路并且根据采用脉冲宽度调制(PWM)用于数据编码的通信协议来在 信号线上传送或接收数据的控制器。2. 根据权利要求1的设备，其中控制器配置成根据单边半字节传输(SENT)通信协议或 者短PWM代码(SPC)通信协议来传送或接收数据。3. 根据权利要求1的设备，还包括： 生成数据的传感器，其中控制器配置成根据通信协议编码数据并且通过接口电路的控 制以编码数据驱动信号线。4. 根据权利要求1的设备，其中接口电路阻抗在信号线阻抗的大约0.5到2.0倍之间。5. 根据权利要求1的设备，其中接口电路包括： 串联连接的上拉开关和下拉开关；以及 连接在上拉开关和下拉开关的共享节点与信号线之间的封端电阻器，其中封端电阻器 的阻抗与信号线的阻抗匹配； 其中控制器配置成控制上拉和下拉开关以在信号线上传送数据。6. 根据权利要求5的设备，其中封端电阻器包括连接到信号线的第一端子，以及通过电 容器连接到电力供应线或电力返回线的第二端子。7. 根据权利要求1的设备，其中接口电路包括： 串联连接的上拉晶体管和下拉晶体管； 其中控制器配置成控制上拉和下拉晶体管以在信号线上传送数据。8. 根据权利要求7的设备，其中设定上拉和下拉晶体管的尺寸以与信号线的阻抗匹配。9. 根据权利要求7的设备，其中控制器配置成将脉冲应用到上拉和下拉晶体管以与信 号线的阻抗匹配。10. 根据权利要求9的设备，其中设定脉冲高度的尺寸以使上拉和下拉晶体管的阻抗与 信号线阻抗匹配。11. 根据权利要求7的设备，其中控制器或者居于控制器与上拉或下拉晶体管中间的调 控器配置成基于来自信号线的反馈而将脉冲应用于上拉或下拉晶体管以与信号线的阻抗 匹配。12. 根据权利要求11的设备，其中脉冲的高度和边缘成形为保持上拉和下拉晶体管的 组合阻抗处于与信号线阻抗匹配的范围中。13. 根据权利要求1的设备，其中接口电路包括： 配置成测量信号线上的电压并且将二进制测量信号输出到控制器的比较器或模数转 换器(ADC);并且 其中控制器配置成从二进制测量信号接收数据并且根据通信协议解码所接收的数据。14. 根据权利要求13的设备，还包括： 连接到信号线的交流(AC)负载网络，其中AC负载网络包括与电容器串联的电阻器。15. -种系统，包括： 第一设备，包括 第一接口电路，以与信号线的阻抗匹配的阻抗封端信号线；以及 第一控制器，配置成通过第一接口电路并且根据采用脉冲宽度调制(PWM)用于数据编 码的通信协议来在信号线上传送或接收数据；以及 一个或多个附加的设备，以与信号线的阻抗匹配的阻抗封端信号线并且配置成根据通 信协议在信号线上传送或接收数据。16. 根据权利要求15的系统，其中一个或多个附加的设备包括： 第二设备，包括： 第二接口电路，以与信号线的阻抗匹配的阻抗封端信号线；以及 第二控制器，配置成通过第二接口电路并且根据通信协议来在信号线上传送或接收数 据。17. 根据权利要求16的系统，其中第一和第二接口电路具有电气组件的相同布置。18. 根据权利要求15的系统，其中一个或多个附加的设备各自具有为信号线阻抗的η倍 的输入阻抗，其中η是连接到信号线的附加设备的数目。19. 根据权利要求15的系统，其中一个或多个附加的设备配置成根据通信协议共享令 牌，并且其中具有令牌的附加设备配置成与信号线的阻抗匹配并且在信号线上传送或接收 数据。20. -种用于通信的方法，所述方法包括： 通过信号线在收发器处传送或接收脉冲序列，而同时使收发器的阻抗与信号线的阻抗 匹配；以及 以下中的至少一项： 将数据编码到脉冲序列中；以及 将脉冲序列解码成解码数据。21. 根据权利要求20的方法，还包括： 基于来自信号线的反馈在传送或接收脉冲序列时动态地调节收发器的阻抗。22. 根据权利要求20的方法，还包括： 通过以下过程接收脉冲序列： 将信号线上的电压与参考电压相比较；以及 基于比较生成二进制输出信号。23. 根据权利要求20的方法，还包括： 通过选择性地激活连接到信号线的上拉或下拉晶体管或者上拉或下拉开关来传送脉 冲序列。
【文档编号】H04L29/08GK105827689SQ201610042584
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年1月22日
【发明人】D.哈默施米德特
【申请人】英飞凌科技股份有限公司