专利名称：用于在中央控制器和至少一个分散的数据处理设备的至少一个数据处理设备接口之间的 ...的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在中央控制器和至少一个分散的数据处理设备的至少一个数据处理设备接口之间的数据线上传输数据的方法。为此，中央控制器为了请求数据分组而经由数据线向数据处理设备接口周期性地输出同步脉冲，随后分散的数据处理设备将其待传输的数据作为至少一个数据分组经由数据处理设备接口回送给中央控制器。
例如根据德国公开文献DE 196 09 290 A1，已知这样一种方法和适合于此的装置。在那里说明了一种传感器模块(11)，该传感器模块(11)经由数据线(1a)与中央控制器(5)相连接。所述传感器模块(11)包括对加速度敏感的传感器，并且一旦它在线路(1a)上识别出了同步电压脉冲，就周期性地每500μs借助于电流调制向控制器(5)传送从传感器的传感器测量值中整理出的编码的数据分组(例如那里的第1栏第66行至第2栏第30行，或者第4栏第55行至第62行)。
这篇公开文献的图3示出传感器模块(11)的最重要的组成部分，即对加速度敏感的传感器(30)和用于传送传感器测量值以及用于接收中央控制器(5)的同步脉冲的元件。这些元件通常概括地称为传感器模块的接口，或者简称为传感器接口。如图3中所示，在此情况下传感器接口的单个元件是储能装置、例如滤波装置31或电容器C。此外，在根据图3的传感器模块(11)的技术实现中，在传感器接口中大多还存在其他这样的储能装置。
这种传感器接口的储能装置通过同步脉冲、例如电压脉冲进行充电。如果现在例如在现有情况下借助于调制电流脉冲经由同一传感器接口来传输数据，则被充电的储能装置可能影响需要传输的信号。例如因此不能实现所期望的电流上升(Stromhub)，由此可能在到接收的中央控制器的数据传输中出现错误。如果中央控制器识别出这个传输错误，那么中央控制器能够出于安全性原因而决定，触发乘客保护装置，必要时只有当又存在可靠地识别出的传感器值时才稍后触发乘客保护装置。如果中央控制器未识别出传输错误，那么在最坏的情况下可能导致不必要地触发乘客保护装置、例如驾驶员安全气囊，由此可能使人受损伤。
然而，所述问题不仅在汽车中乘客保护领域内的数据传输中产生，而且完全一般地在经由数据处理设备接口在中央控制器和分散的、亦即在位置上远离于中央控制器布置的数据处理设备之间的数据线上的每一种数据传输中产生。
本发明的任务是，提供一种在中央控制器和分散的数据处理设备之间的数据线上传输数据的可能性，其中请求数据的同步脉冲对用于通信所需的接口的充电被抵消。
这个任务通过具有按照权利要求1的方法特征的方法来解决。此外，这个任务通过按照权利要求10的分散的数据处理设备和按照权利要求11的装置来解决。
在用于在中央控制器和分散的数据处理设备的数据处理设备接口之间的数据线上传输数据的本发明方法中，中央控制器通过经由数据线周期性地输出同步脉冲来向分散的数据处理设备请求数据分组。分散的数据处理设备经由同一数据线在该同步脉冲之后通过它的数据处理设备接口将所请求的数据作为一个或多个数据分组传输给中央控制器。根据本发明，分散的数据处理设备通过以下方式来抵消同步脉冲对其数据处理设备接口的至少一个储能装置的充电，即分散的数据处理设备直接在同步脉冲开始之后在同步起始时间、但是还在第一等待时间之后传输第一数据分组之前、在放电起始时间之后产生放电脉冲。
在此，本发明的优选的应用是汽车中的乘客保护领域，如已经在文章开始处根据德国公开文献DE 196 09 290 A1所述的那样，但是还完全一般地特别优选地应用于这样的领域，在这些领域中可靠的数据传输具有重要意义。在本发明方法应用于乘客保护领域时，中央控制器优选地是乘客保护系统的布置在中央的中央控制器，分散的数据处理设备及其数据处理设备接口优选地是连接到中央控制器上的分散的传感器单元或它的传感器接口。
如同样在文章开始处所提到的那样，如果同步脉冲是电压脉冲，该电压脉冲可能过强地对数据处理设备接口进行充电，并且数据分组借助于调制电流脉冲来传输，该电流脉冲可能很容易受数据处理设备接口的改变的充电情况影响，那么优选地应用本发明方法。
如果在数据处理设备接口内例如使用至少一个电容器作为储能装置，该电容器在同步脉冲期间被充电而在放电脉冲和数据传输期间被放电，那么特别有利地应用本方法。
因为恰好在进行电流调制的数据处理设备接口中所有用于输出电流脉冲的电路元件已经可供数据传输使用，所以分散的数据处理设备的放电脉冲优选地同样是电流脉冲，该电流脉冲以与用于数据传输的电流脉冲相同的方式来产生。
此外，对于本发明方法来说有利的是，放电脉冲在放电终止时间结束，所述放电终止时间然而还是在同步脉冲后的等待时间到期之前，在所述等待时间应由分散的数据处理设备通过数据处理设备接口第一次输出数据分组。以这种方式来避免由于双重使用数据处理设备接口而导致的对数据通信的可能的干扰。
数据分组的有利的编码方式在从属权利要求8和9中加以描述。
迄今仅仅讨论了一个分散的数据处理设备经由数据线到中央控制器上的连接。当然，也可以将多个分散的数据处理设备连接到数据线上。这提供特别的优点，即相对于经由单个数据线到每个单个分散的数据处理设备的所谓的点到点连接，电缆线路花费显著更低。优选地，在每个单个连接的分散的数据处理设备中应用已经描述的本发明方法的有利的实施形式。
在独立的方法权利要求1的从属权利要求中所说明的有利的特征既累积地又以单个特征的不同组合来描述本发明方法的有利的改进方案。
下面借助实施例来说明本发明。其中
图1示出具有两条数据线(PDL、PDL′)的汽车(1)，这两条数据线(PDL、PDL′)使根据本发明的中央控制器(ECU)分别与两个根据本发明的传感器单元(S1、S2、S1′、S2′)相连接，图2示出包括中央控制器(ECU)的装置，所述中央控制器(ECU)既经由地线(GND)又经由数据线/供电线(PDL)与两个传感器单元(S1、S2)相连接，图3示出根据本发明的传感器单元(S1、S2)的内部结构，
图4示出在正常工作模式(NM)期间第一和/或第二传感器单元(S1、S2)的第一和第二数据分组(DP)的时间序列的示意图，其中数据分组(DP)要么在第一等待时间(tdly1)之后要么在第二等待时间(tdly2)之后被发送，图5针对曼彻斯特编码的“0”数据位和曼彻斯特编码的“1”数据位示出传感器单元(S1、S2)的电流上升(IPDL(S1，S2))关于时间(t)的示意图，图6示出根据本发明的电流编码的数据分组关于时间(t)的示意图。
图1示出具有根据本发明的装置S1、PDL、S2、ECU的汽车1，所述装置S1、PDL、S2、ECU用于在中央控制器ECU和两个连接到公共的数据线PDL上的传感器单元S1和S2之间的数据线PDL上传输数据。此外，在图1中示出另外的数据线PDL′和另外的传感器单元S1′和S2′，所述传感器单元S1′和S2′经由数据线PDL′同样与中央控制器ECU相连接。
图2也示出中央控制器ECU，所述中央控制器ECU经由公共的数据线PDL与第一和第二传感器单元S1或S2相连接。
公共的数据线PDL一方面用于周期性地、例如每500μs输出电压脉冲(Sync)给传感器单元S1和S2，由此中央控制器ECU向传感器单元S1或S2请求数据分组DP。另一方面，不仅第一传感器单元S1而且第二传感器单元S2在这个公共的数据线PDL上发送电流脉冲形式的数据分组DP，所述数据分组DP在测试工作模式下包含传感器单元S1或S2的特性数据和测试数据，而所述数据分组DP在两个传感器单元S1和S2的主要存在的正常工作模式期间包含传感器测量值。
同样示出公共的地线GND，该地线GND将中央控制器ECU的地电势引导向所连接的所有附属单元S1、S2。
图3示出根据本发明的传感器装置S1或S2。下面将借助第一传感器单元S1来说明传感器单元S1或S2的特征。然而，这些特征当然也适用于根据本发明的第二传感器单元S2。
传感器单元S1具有传感器2、例如由半导体芯片组成的加速度传感器2，所述半导体芯片具有微机械半导体传感元件和集成布置在同一半导体芯片上的信号处理半导体电子元件。合适的微机械传感元件例如是通过半导体芯片制造过程中的蚀刻过程所剥露的在一个或多个传感方向(Sensierungsrichtung)上可运动的质量结构(Massestrukturen)，该质量结构与作为电容的静止的芯片部分连接在一起。按照发生作用的加速度的方向和强度，所述质量结构以不同的方式运动，这可以作为电容变化以电学方式量取。然而，合适的传感元件也是压力传感元件，在该压力传感元件中大气环境压力通过来自剩余半导体材料的气密的膜片将半导体芯片中的自由蚀刻的空腔气密地密封。所述半导体膜片相对于发生作用的外部气压是弹性的，并能够以与在加速度测量单元中一样的方式与作为电容的固定的芯片部分连接在一起，因此变化的外部气压能够作为半导体模片的变化的电容相较于其余的传感器芯片而加以测量。同样，当然也可以应用其它的传感原理和传感器结构、例如机械式加速度开关、压阻式压力传感器或加速度传感器、旋转速率传感器、短路开关或者温度传感器，所述温度传感器例如能够检测空腔内的温度上升，所述空腔在事故过程中被压缩，例如车门的内部体积。此外，同样已知例如MEMSIC公司(http://www.memsic.com/memsic/)的热加速度传感器，在所述热加速度传感器的情况下通过以下方式来检测加速度，即传感器内加热的空气由于发生作用的加速度而更靠进温度传感器或更远离温度传感器运动，所述温度传感器能够确定相应的温度变化。
此外，在图3中示出了存储器3，在该存储器3中存储有传感器特性数据、例如传感器单元S1的标识号码、其发展水平，或者还存储有校准数据、例如测量范围的换算公式等。
此外，图3还示出了传感器控制单元4，该传感器控制单元4既具有传感器计算单元5，又具有传感器接口61、62。
在此，传感器计算单元5可以是专用集成电路、即所谓的ASIC 5，但是也可以是由软件控制的微控制器5。在图3中所示的传感器接口61、62中，传感器接口61、62的第一部分61以分立的电子电路的形式由电阻R1、R2和电容器C1、C2、C3构成，而第二部分62与传感器计算单元5一起集成在传感器控制单元4的集成组件内。然而，整个传感器接口61、62能够完全一样好地分立地被构建在印刷电路板上，或者反过来整体地集成在传感器控制单元4的组件内。此外，这涉及传感器2，该传感器2可以不同于所示的那样而同样好地集成在共同的芯片上的传感器控制单元4内，必要时甚至与传感器单元S1的所有其它功能单元一起被集成。
供电电压施加在数据线PDL上，该供电电压由中央控制器ECU输出。此外，为了向传感器单元S1请求数据分组DP，中央控制器ECU借助于电压调制经由数据线PDL周期性地输出同步脉冲Sync。这些同步脉冲由传感器接口61、62进行识别。
于是，传感器单元S1在数据线PDL上传送数据分组DP，然而不是以电压脉冲的形式，而是以电流脉冲的形式。为此，传感器计算单元5记录传感器2的传感器测量值、例如模拟的加速度测量值，将该模拟的传感器信号转换为数字信号，并以这样的分辨率对该数字传感器测量值进行编码，其中既通过传感器的结构又通过测量范围设置为传感器测量值预先给定所述分辨率，所述测量范围设置通常存储在存储器2中。此外，计算单元5还给以这种方式产生的数据位DB添加奇偶校验位PB，因此接收机单元能够识别在数据传输中的至少简单的位错误。
传感器接口61、62的第一部分61的电气开关元件的电气尺寸是对传感器接口的三个主要的要求之间的折衷。一方面，所期望的用于对传感器单元S1的供电电压进行平滑的滤波器功能必须由传感器接口61、62来确保，以便数据通信不会例如由于数据线上的高频干扰脉冲被传感器单元S1错误地识别为同步脉冲Sync而被干扰。第二，在此情况下仍然必须确保高频同步脉冲Sync对于传感器单元S1而言的可识别性。最后，传感器接口61、62的传输特性此外必须尽最大可能地适用于分散的传感器单元S1与中央控制器ECU之间的所期望的数据通信。
在该实施例中，将会边沿受控地并以8μs的位持续时间来传输电流编码的数据位。在此所期望的电流上升应位于分散的传感器单元的5mA至8mA的静态电流消耗之上20mA至30mA之间。典型的同步脉冲达到20V至24V之间的电压，而分散的传感器单元的电压供给在没有同步脉冲Sync的情况下处于6.5V与12V之间。同步脉冲持续时间在31μs至33μs之间。针对这样的数据位和这样的同步脉冲，得到用于确定电阻R1和R2尺寸的有利值47Ω和220Ω，并且得到电容器C1、C2和C3的有利的电容值22nF、2.2nF和1nF。
分别在相同的时间轴上描绘的图4在最上面的简图中示出两个周期的同步脉冲Sync和一个错误的同步脉冲Sync′的序列。在从上方看的第二个简图中，高值地示出电流IPDL(S1，S2)，所述电流IPDL(S1，S2)在两个传感器单元S1和S2如已在图2中所示的那样连接到数据线PDL上时产生。在同步脉冲Sync开始后的第一等待时间tdly1之后，分别以两个起始位SB开始，输出第一传感器单元S1的数据分组DP，在第二等待时间tdly2之后输出第二传感器单元S2的数据分组DP。例如由于对公共的数据线PDL的电磁干扰而感生的错误的同步脉冲Sync′既不引起传感器单元S1的数据分组DP的传输，又不引起传感器单元S2的数据分组DP的传输，因为在最后识别出的有效的同步脉冲Sync之后禁止两者的信号输出，直至禁止时间tSync_off到期。
为了例如抵抗传感器接口61、62的第一部分61的输入网络R1、C1、R2、C2、C3的、由同步脉冲Sync所引起的不希望的充电，在放电禁止时间tdis之后实现由两个传感器单元S1和S2产生的、具有数据位DB的两倍电流幅度的短的放电脉冲Dis。从上方看的第三和第四个简图示出由传感器单元S1或S2引起的电流信号上升IPDL(S1)和IPDL(S2)，其中在第一禁止时间tdly1之后进行第一传感器单元S1的数据输出，而在第二禁止时间tdly2之后进行第二传感器单元的数据输出。相应地，在两种情况下仅仅一个放电脉冲Dis也就足够了，该放电脉冲Dis仅仅具有数据位DB的电流幅度。
针对更前面已经说明的数据位DB的时间和电流，针对同步脉冲Sync的时间和电压以及传感器接口61、62的第一部分61的电阻和电容的所述值，有利的同步起始时刻tDIS是在同步脉冲Sync开始之后34μs，并且其最佳的持续时间为32μs。
下面更详细地说明数据分组的二进制编码图5示出传感器单元S1的数据分组DP的数据位的逻辑0状态和逻辑1状态的编码方式。在简图的高值轴上示出了电流上升IPDL(S1，S2)，所述电流上升IPDL(S1，S2)由数据分组DP的数据位引起。现在所应用的数据位DB的编码方式是具有曼彻斯特码的可能的特征的边沿编码。所示出的曼彻斯特码通过在为一位所保留的位时间tBit内的下降沿来表示“0”位，而且相应地反过来通过电流信号的上升沿来表示“1”位。为了相应地描述“0”位序列或“1”位序列，必须设置至少一个用于数据传输的节拍率，其中数据传输的周期为一位的持续时间tBit。因此，在位持续时间tBit为8μs时，需要至少125kHz的节拍率。然而，节拍率也可以是125kHz的多倍，例如在微控制器内经常使用的8MHz的节拍率。
当然，另外的经边沿编码的数据编码也是可能的，但是任意的其它的二进制数据编码、例如已知的NRZ(不归零，No Return to Zero)编码也是可能的。
图6在电流-时间图中示出完整的数据分组DP。数据分组DP的前两位是按照逻辑序列10的两个起始位SB。紧接着的位0至位6的七个数据位是二进制编码的传感器测量值，其中第一个传输的位是最低值位LSB，而最后一个传输的数据位6是最高值位MSB。就这点而言，这种数据结构不仅在正常工作模式NM下而且在测试工作模式TM下都是相同的。
权利要求
1.用于在中央控制器(ECU)和至少一个分散的数据处理设备(S1、S2)的至少一个数据处理设备接口(61、62)之间的数据线(PDL)上传输数据的方法，其中所述中央控制器(ECU)为了请求数据分组(DP)而经由所述数据线(PDL)向所述数据处理设备接口(61、62)周期性地输出同步脉冲(Sync)，并且所述分散的数据处理设备(S1、S2)将其待传输的数据作为至少一个数据分组(DP)在所述同步脉冲(Sync)之后经由所述数据处理设备接口(61、62)发送给所述中央控制器(ECU)，其特征在于，所述分散的数据处理设备(S1、S2)在传输第一个数据分组(DP)之前通过输出放电脉冲(Dis)来对由于所述同步脉冲(Sync)而被充电的控制器接口(61、62)进行放电。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于，所述分散的数据处理设备(S1、S2)是传感器单元(S1、S2)，所述数据处理设备接口(61、62)是传感器接口，并且所传输的数据分组包括传感器测量值。
3.按照权利要求1或2的方法，其特征在于，所述同步脉冲(Sync)作为电压脉冲被输出。
4.按照上述权利要求之一的方法，其特征在于，所述分散的数据处理设备(S1、S2)的数据分组(DP)作为电流脉冲被发送。
5.按照上述权利要求之一的方法，其特征在于，所述放电脉冲(Dis)是电流脉冲。
6.按照上述权利要求之一的方法，其特征在于，所述数据处理设备接口(61、62)具有至少一个电容器(C1、C2、C3)，所述电容器(C1、C2、C3)-在同步脉冲(Sync)期间由于该同步脉冲(Sync)而被充电；以及-在放电脉冲(Dis)期间由于该放电脉冲(Dis)而被放电。
7.按照上述权利要求之一的方法，其特征在于，所述放电脉冲(Dis)在放电终止时间(tdis_off)结束，所述放电终止时间(tdis_off)处于第一等待时间(tdlyl)到期之前，从该第一等待时间(tdlyl)开始由所述分散的数据处理设备(S1、S2)发送第一个数据分组(DP)。
8.按照权利要求1至7之一的方法，其特征在于，对所传送的数据分组(DP)的数据位进行边沿编码，优选地进行曼彻斯特编码。
9.按照权利要求1至8之一的方法，其特征在于，数据分组(DP)具有以下位模式-7个数据位(DB)，特别用于传送传感器测量值或传感器特性值；-2个起始位(SB)；和-奇偶校验位(PB)。
10.在按照权利要求1至9之一的用于传输数据的方法中使用的分散的数据处理设备(S1、S2)，所述分散的数据处理设备(S1、S2)具有数据处理设备接口(61，62)和控制单元(4)，其中能够通过所述数据处理设备接口(61，62)和/或所述控制单元(4)来输出放电脉冲。
11.一种装置，所述装置能够被用于执行按照权利要求1至9之一的用于传输数据的方法，并且所述装置不仅包括按照权利要求10的分散的数据处理设备(S1、S2)而且包括合适的中央控制器(ECU)。
全文摘要
本发明涉及一种方法和适合于执行该方法的装置(S1、S2、ECU)，该方法用于在中央控制器(ECU)和至少一个分散的数据处理设备(S1、S2)的至少一个数据处理设备接口(61、62)之间的数据线(PDL)上传输数据，其中中央控制器(ECU)为了请求数据分组(DP)而经由数据线(PDL)向数据处理设备接口(61、62)周期性地输出同步脉冲(Sync)，于是分散的数据处理设备(S1、S2)向中央控制器(ECU)发送数据分组(DP)。根据本发明，分散的数据处理设备(S1、S2)在同步脉冲(Sync)之后、但是还在传输第一个数据分组(DP)之前产生放电脉冲(Dis)，由此抵消由于同步脉冲(Sync)引起的对数据处理设备接口(61、62)的充电。
文档编号H03H7/00GK1788477SQ200480012996
公开日2006年6月14日 申请日期2004年4月16日 优先权日2003年5月14日
发明者T·格拉泽尔, M·斯瓦特 申请人:西门子公司