专利名称：用于补偿非对称延迟的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在数据传输系统的发送用户和接收用户之间 通过数据传输系统的网络结构传输编码在信号中的数据的方法。编码 在信号中的数据在具有特定结构的数据帧中以位的方式串行传输。在 接收用户中扫描编码在信号中的数据的每一位。该信号由于通过网络
结构的传输而被非对称地延迟。本发明还涉及一种按照权利要求15的 前序部分，设置在数据传输系统的网络结构中的任意点上的装置。此 外，本发明还涉及按照权利要求17的前序部分传输编码在信号中的数 据的系统。此外，本发明还涉及按照权利要求20的前序部分用于传输 编码在信号中的数据的数据传输系统的用户，按照权利要求22的前序
i制器，按照权利要求^24的前序部分用于传输编i在信号中的数据^ 数据传输系统的接收用户的通信控制器的发送接收单元，以及按照权 利要求26的前序部分设置在用于传输编码在信号中的数据的数据传输 系统的网络结构中的有源星形。
背景技术：
借助通信系统和例如按照总线系统形式的通信连接来联网控制设 备、传感器和执行器，在过去几十年中越来越多地应用于现代汽车的 制造以及机械制造，尤其是在机床领域，和自动化领域。就此可以实 现通过将功能分配给多个控制设备的协作效应。人们将其称为分布式 系统。
这种数据传输系统的不同用户之间的通信越来越多地通过总线系 统进行。总线系统上的通信往来、访问和接收机制以及错误处理都通 过协议调节。公知的协议例如是FlexRay协议，其中目前基于FlexRay 协议规范v2. 1。 FlexRay是指快速的、确定的和容错的总线系统，尤 其是用在汽车中。FlexRay协议根据时分多路存取(TDMA )的原理工作， 其中向用户或待传输的消息分配固定的时隙，在这些时隙中用户或待
传输的消息能够独家访问通信连接。时隙以固定的周期重复，从而可 以精确预测消息通过总线传输的时刻，并确定的进行总线访问。
为了最佳地使用总线系统的带宽来传输消息，FlexRay将周期分为 静止部分和动态部分。固定的时隙位于总线周期开始时的静止部分中。 在动态部分中动态地预定时隙。其中只能短暂地独家访问总线，也就 是在至少一个所谓最小时隙的持续时间内独家访问总线。仅当在一个 最小时隙内进行了总线访问，该时隙才被延长所需的时间。由此仅当 带宽也被实际需要时才消耗带宽。
FlexRay通过一个或两个物理上分开的线路通信，该线路分别具有 最大10Mbit/sec的数据率。当然FlexRay还可以用更低的数据率运行。 两个信道在此相当于物理层，尤其是所谓的OSI (开放系统体系)层模 型的物理层。信道主要用于冗余地以及容错地传输消息，但是还可以 传输不同的消息，由此数据率加倍。还可以考虑由通过两个线路传输 的信号之差来得出通过连接线路传输的信号。物理层构成为，使得物 理层可以通过线路对信号进行电的以及光学的传输，或者在其它路径 上传输。
为了实现同步的功能和通过两个消息之间的小间距优化带宽，用 户在通信网络中需要共同的时基，即所谓的全局时间。为了时钟同步， 在周期的静止部分中传输同步消息，其中借助符合FlexRay规范的特 殊算法校正用户的本地时钟，使得所有本地时钟都与全局时钟同步。
在通过这种总线系统传输数据或消息时会使脉冲失真，因为下降 (高到低)和上升(低到高)边缘在传输路径上会被不同强度地延迟。 如果在接收器中用接收器中具有的扫描时钟(所谓的采样率)对发送 的脉冲多次(例如每一位n次)扫描，则扫描点的位置(即在n个扫 描值中恰好选择一个)决定数据是被正确还是错误地扫描了。这在扫
发送器的J个二进制数据值(位)"，尤其困难。在此除4脉冲失真 之外，发送器和接收器之间的时钟频率偏差也是问题。在此可以预先 处理待扫描的信号，以例如过滤掉短暂的干扰。这种过滤可以是按照 时间顺序用多数判决(所谓的选举)来分析多个扫描信号。已经表明， 不考虑不同传输路径上的非对称延迟而刚性地确定扫描时刻会产生问 题。
信号的上升边缘和下降边缘之间的延迟也称为脉冲失真或非对称
延迟。非对称延迟可以存在系统的和随机的原因。在FlexRay协议中， 系统的延迟仅对上升边缘有影响，因为在下降边缘同步。随机延迟既 对上升边缘又对下降边缘有影响，并且通过噪声过程或EMV抖动引起. 原则上可以说，信号通过具有有源和无源网络元件(例如连接线路， 传输器，扼流圏，通信控制器，发送接收装置或电平转换器(所谓的 收发器)，有源星形等)的网络结构传输会产生非对称的延迟，因为 上升信号边缘和下降信号边缘被网络结构不同地传播。
通过刚性选择每一位的扫描时刻(例如在每一位n个扫描值时在 n/2,即在一位的中央)，非对称失真的影响以及通过扫描造成的频率 偏差和额外的时间差异都成为问题，并对传输信道提出了高要求。提 高边缘陡度以减小非对称延迟虽然对于定时有优点，但是另一方面在 技术上要求很高，因此要以更加昂贵的部件为前提，另外数据传输系 统的EMV性能也受到不利的影响。因此有时边缘陡度不选择那么高更 为有利，但是根据不同的脉冲失真会遇到在一个或另一 个位边缘分析 出错误数据的危险。
此外，在实现FlexRay数据传输系统时，尤其是在包括具有多个 星形耦合器和无源部件的网络结构的复杂系统中，已经表明这里出现 的非对称延迟时间4艮长，以至于该延迟时间超过了 FlexRay协议预定 的时间预算。按照FlexRay协议，用下降BSS (位起始序列)边缘同步 扫描计数器，也就是复位到1。在计数器计数状态为5时扫描。在目前 在FlexRay中设置的8倍过扫描(所谓的过采样)时，在扫描时刻(第 5个扫描值)和第8个扫描值之间还存在3个扫描时钟，这些扫描时钟 在通信控制器时钟为80MHz时分别等于12. 5ns，加起来就是时间预算 37. 5ns。该时间预算实际上用于平衡由于从下降边缘陡度到上升边缘 陡度的差异而产生的非对称延迟。但是，如果象在复杂的网络拓朴或 网络结构中那样非对称延迟超过预定的时间预算，则会导致在第5个 扫描时钟(计数器计数状态为5)扫描时会获得错误的值，因为实际应 当被扫描的位由于非对称延迟已经出现在更早的时刻，并且由于边缘 更换提早而不会再出现。类似的处理也适用于向后的非对称延迟.由 此提供等于50ns的4个扫描时钟的时间预算。向前或向后超过时间预 算会导致解码错误，也就是会接收错误的数据。
该解码错误虽然可以通过适当的错误识别算法识别，从而可以重 新传输位或者重新传输整个数据帧，作为错误识别算法例如可以采用
循环冗余检查(CRC)。但是经常使用错误识别算法的缺点是由此带来 的数据传输系统的可用性降低。
总之，通过FlexRay协议会做出物理层至少在复杂的网络结构中 不能保持的规定。
由另一个已经申请但还未公开的德国专利申请102005037263以及 另一个已经申请但还未/>开的德国专利申请102005060903,描述了如 何减小由于传输信号的非对称延迟而导致的解码错误的概率，并且如 何提高数据传输系统抵抗非对称延迟的稳定性。在这两种情况下都建 议更改接收用户的通信控制器的逻辑层。尤其是在DE102005060903中， 建议在接收用户的通信控制器中测量接收信号的非对称延迟，并且不 是用固定的扫描时刻，而是在可变时刻扫描编码在接收信号中的数据 位，其中最佳的扫描时刻依据所测得的非对称延迟来确定。在 DE102005037263中，还建议基于测得的非对称延迟在实际的扫描之前 定义包括多个扫描时钟的扫描区域，其中不再在唯一的一个固定或可 变的扫描时刻解码数据位。而是通过考虑在该定义区域中的不同扫描 时刻解码的值来对数据位解码。通过这种方式可以在8倍过采样时补 偿多达87. 5ns的非对称延迟，而不会产生解码错误。在过采样更高时， 甚至可以补偿更高的非对称时间。
替换或补充该公知的方法，按照本发明建议不是通过改变接收用 户的通信控制器的逻辑层来补偿非对称延迟，而是在传输信道的物理 层上或在网络结构中来补偿非对称延迟。
发明内容
因此本发明要解决的技术问题是提供一种如何在数据传输系统中 以高传输率、高可靠性和数据传输系统的高可用性来传输数据的手段， 同时还要保证数据传输系统抵抗非对称延迟的高稳定性。
为了解决该技术问题，从开头所述类型的方法出发建议，在网络 结构中的至少一个点上确定信号的非对称延迟，并且还在接收用户扫 描编码在该信号的数据位之前，就至少部分地补偿该非对称延迟。
确定传输信号的非对称延迟可以在交货时就估计、建模或测量. 在交货时就确定的非对称延迟直接或在转换为相应的补偿值之后存储 起来。为了在数据传输系统运行期间补偿非对称延迟，访问该存储的 值，并且至少部分地补偿非对称延迟。
此外，可以考虑在数据传输系统运行期间在线地确定传输信号的 非对称延迟。对在线确定的非对称延迟可以估计、建模或测量.所确 定的非对称延迟可以首先存储起来，稍后再用于补偿，或者直接用于 补偿非对称延迟。借助在线确定和存储的延迟值，还可以分析在过去 出现的非对称延迟值，以例如用于在测量当前非对称延迟值时检测错 误，或者用于对将来预计出现的非对称延迟值进行建模或预测。
传输信号的非对称延迟例如可以这样来部分地补偿，即由于通过 网络结构的传输而被较弱地延迟的上升或下降信号边缘被另外延迟， 以便将该信号边缘与较强延迟的下降或上升信号边缘匹配，从而上升 和下降信号边缘的延迟之差减小，优选得到补偿。为了延迟较弱延迟 的信号边缘，可以在网络结构中设置可编程的延迟单元。可编程延迟
单元本身由现有技术公开。这种延迟单元例如由Dallas Semiconductor Corp., Dal las,Texas, 75244，USA, 即 Maxim Integrated Products, Inc. ， Sunnyvale, Calif. 94086， USA的子公司 以名称"DS1021 - 50"提供和销售的。在Dallas Semiconductor的公 知延迟单元中，可以调节出精度为0. 5ns的10-140ns的延迟时间。公 知延迟单元的编程通过置位或清除多个位来进行，例如8位。更粗略 的分辨率也是有意义的，例如用3ns的精度补偿25ns。 本发明的优点
与现有技术的明显区别在于，用本发明可以补偿传输信号的非对 称延迟，以及提高数据传输系统抵抗非对称延迟的稳定性，而不需要 改变接收用户或其通信控制器的逻辑层。非对称延迟在本发明是在传 输信道的物理层上减小或补偿的，从而在接收用户中只有很少的或根 本没有非对称延迟。其优点是，可以在接收用户中为通信控制器和/或 为收发器部件采用常见的部件，可能质量上更差并由此更廉价的部件， 而不会产生解码错误。
当然还可以采用本发明与DE102005037263和DE102005060903中 建议的用户，以及对接收信号的更好扫描。
借助FlexRay数据传输系统描述本发明的建议。但是这不能理解
为对本发明的限制。本发明可以用于很多不同类型的数据传输系统， 而且可以亳不费力地用于类似的系统。尤其是将本发明的建议用于根
据TTP/C(时间触发的协议类型C)、 CAN (控制器域网络)或者TTCAN (时间触发的CAN)协议传输数据的数据传输系统。
在FlexRay数据传输系统中，如果数据传输率等于10Mbit/sec则 正常的位宽是100ns,目前可用的FlexRay收发器部件需要大约80ns 的最小位时间，在没有其它限制如没有其它非对称的情况下更短的位 时间无法由收发器部件识别或处理。但是，传输信号的非对称延迟会 在接收用户中导致部分强烈缩短的位时间。从而例如正常的位宽100ns 在非对称延迟为60ns时缩短到还有40ns的位宽。目前常见的FlexRay 收发器部件根本无法处理这么短的位时间。但是通过本发明，可以明 显减小非对称延迟，例如减小到5ns，从而在接收用户中可用的位宽还 有95ns,由此还远在FlexRay收发器部件所要求的大约80ns的最小位 宽之上。
按照本发明的优选扩展，建议借助在数据传输系统所使用的传输 协议中强制设置的信号从上升到下降边缘或从下降到上升边缘的变换 的距离来测量非对称延迟。优选的，测量数据帧的帧起始序列(FSS) 的上升边缘和字节起始序列(BSS)的下降边缘之间的距离。该测量优 选对每个当前数据传输路径至少进行一次。在此，测量值数量的提高 减小了随机误差的影响。尤其是，还可以在数据传输期间继续进行该 测量，必要时还在传输过程中在解码数据位之前自适应地匹配非对称 延迟的补偿。还可以在从多次测量中得到非对称延迟的矛盾测量值时 识别出错误。
可以考虑在数据传输系统的网络结构中的一个或多个任意位置上 设置可编程的延迟单元，这些延迟单元有目的地减小或甚至补偿传输 信号的非对称延迟。借助可编程延迟单元对非对称延迟的补偿可以基 于在使用数据传输系统之前、也就是在实际数据传输之前确定的该信 号的非对称延迟值来进行。在数据传输之前确定非对称延迟值例如可 以在交货时，或者借助准备好使用的、例如放置在汽车中的数据传输 系统通过估计、建模或测量来进行。
更为灵活、安全和可靠的是一种自适应的方法，其中在实际的数 据传输期间在线确定、优选测量传输信号的非对称延迟。为了实现该
自适应方法，还为可编程延迟单元分配用于测量传输信号的非对称延 迟的装置。具有用于测量可编程延迟单元和用于至少部分补偿信号的 非对称延迟的装置的测量和补偿装置，可以如上所述设置在网络结构 内的任意位置，但是无论如何都在接收用户中用于扫描编码在信号中 的数据的每个位的扫描装置(所谓的解码器)之前。可考虑尤其是将 一个或多个这种测量和补偿装置设置在网络结构的连接线路中，在网 络结构的有源或无源星形中，或在接收用户的发送接收单元(所谓的 收发器)中或在接收用户的通信控制器中。
本发明的其它优点和优选实施方式由下面的附图描述和对应的附 图给出。
图1示出按照本发明的用于测量和部分补偿通过数据传输系统传
输的信号的非对称延迟的装置；
图2示出图1的本发明装置的信号流程；
图3示出按照本发明在数据传输系统所使用的传输协议中强制设 置的信号从帧起始序列(FSS)的上升边缘到字节起始序列(BSS)的 下降边缘的变换来测量非对称延迟；
图4示出本发明的数据传输系统，具有设置在网络结构中的用于 测量和部分补偿传输信号的非对称延迟的装置；
图5示出数据传输系统的通信控制器，具有用于测量和至少部分 补偿传输信号的非对称延迟的装置；
图6示出数据传输系统的通信控制器的本发明收发器，具有用于 测量和至少部分补偿传输信号的非对称延迟的装置；
图7示出在没有补偿非对称延迟的数据传输系统中上升或下降边 缘时的信号变化；
图8示出没有补偿非对称延迟的由发送用户发送并由接收用户接 收的信号的变化过程；
图9示出现有技术公知的用于在第5扫描点解码信号的方法；
图IO示出现有技术公知的用于在第5扫描点解码信号并带有解码 错误的方法；
图11示出在具有所产生的非对称延迟的相应值但是没有EMV部分
的数据传输系统中传输信道的信号链示例。
具体实施例方式
借助通信系统或总线系统形式的通信连接联网控制设备、传感器 和执行器，在过去几十年中越来越多地应用于现代汽车的制造以及机 械制造，尤其是在机床领域，和自动化领域。就此可以实现通过将功 能分配给多个例如实施为控制设备的用户的协作效应。人们将其称为 分布式系统。
这种数据传输系统的不同用户之间的通信越来越多地通过总线系 统进行。总线系统上的通信往来、访问和接收机制以及错误处理都通
过协议调节。公知的协议例如是FlexRay协议，其中目前基于FlexRay 协议规范v2. 1。 FlexRay是指快速的、确定的和容错的总线系统，尤 其是用在汽车中。FlexRay协议根据时分多路存取(TDMA )的原理工作， 其中向用户或待传输的消息分配固定的时隙，在这些时隙中用户或待 传输的消息能够排外地访问通信连接。时隙以固定的周期重复，从而 可以精确预测消息通过总线传输的时刻，并确定地进行总线访问。 FlexRay通过一个或两个物理上分开的线路通信，该线路分别具有最大 10Mbit/sec的数据率。当然FlexRay还可以用更低的数据率运行。两 个信道在此相当于物理层，尤其是所谓的0SI (开放系统体系)层模型 的物理层.信道主要用于冗余地以及容错地传输消息，但是还可以传 输不同的消息，由此数据率加倍。还可以考虑由通过两个线路传输的 信号之差来得出传输的信号作为差信号。通过物理层的信号传输可以 电的、光学的或者任何其它类型进行。
为了实现同步的功能和通过两个消息之间的小间距优化带宽，用 户在通信网络中需要共同的时基，即所谓的全局时间。为了时钟同步， 在周期的静止部分中传输同步消息，其中借助符合FlexRay规范的特 殊算法校正用户的本地时钟，使得所有本地时钟都与全局时钟同步。
借助FlexRay数据传输系统描述本发明的建议。但是这不能理解 为对本发明的限制。本发明可以用于很多不同类型的数据传输系统， 而且可以亳不费力地用于类似的系统(例如CAN、 TTCAN、 TTP/C等)。
在图7中示出，信号IO在从高到低或从低到高的边缘变换的区域 中没有理想的矩形变化过程，而是具有倾斜的、斜坡形的变化过程。
可以看出，下降边缘和上升边缘的陡度不同。这种不同会导致对上升
边缘产生的延迟和对下降边缘产生的延迟是不同的(参见图8)。依据 上升边缘13和下降边缘14的延迟差，得到非对称延迟15。在图8中， 上面示出由发送用户发送的信号10(TxD)的变化过程，下面是由接收 用户接收的信号10(RxD)的变化过程。延迟13、 14涉及发送信号TxD 和接收信号RxD之间的相应边缘差。
在通过具有这种延迟的总线系统传输数据或消息时会使脉冲失 真，因为下降(高到低)和上升(低到高)边缘在传输路径上会被不 同强度地延迟。如果在现有技术中在接收器中用接收器中具有的扫描 时钟(所谓的采样率)对发送的脉冲多次(例如在8倍过采样中每一 位8次)扫描，则扫描点的位置(即在8个扫描值中恰好选择一个) 决定数据是被正确还是错误地扫描了。下面将借助图9和图IO详细解 释。
所接收的待解码的信号用附图标记IO表示。解码在下降BSS(字 节起始序列)边缘处同步。在该同步的时刻，扫描计数器开始运行， 并总是在达到计数状态8时复位(例如复位到1)。在图9和图10的 例子中，编码在信号10中的数据位分别在第5个扫描点时被扫描。不问题。
通过刚性选择每一位的扫描时刻(例如在每一位8个扫描值时在 第5个扫描值，即在一位的中央)，非对称失真的影响以及通过扫描 造成的频率偏差和额外的时间差异都成为问题，并对传输信道提出了 高要求。提高边缘陡度以减小非对称延迟虽然对于定时有优点，但是 另一方面在技术上要求很高，因此要以更加昂贵的部件(例如收发器， 通信控制器)为前提，另外数据传输系统的EMV性能也受到不利的影 响。根据不同的脉冲失真会遇到在一个或另一个位边缘估计出错误数 据的危险。这在图9和图10中示出。
理想情况下，给出的边缘变换必须恰好在计数状态8时在FES "0" 和FES "1"之间进行。由于非对称延迟，该边缘变换在图9中在提早 的方向上一直推移，直到边缘变换恰好在第5个扫描值和第6个扫描 值之间进行。这在该示例中是不重要的，因为扫描时刻还位于边缘变 换之前，在边缘变换之前的位(0)可以被正确解码。
在图10中，边缘变换由于更大的非对称延迟而在提早的方向上更 进一步推移，从而边缘变换在第3个扫描值和第4个扫描值之间的扫 描时刻之前。现在不能再得到正确的位值(0)。而是在第5个扫描值 的扫描时刻获得错误的位值(1);从而导致解码错误。
在实现FlexRay数据传输系统时，尤其是在包括具有多个星形耦 合器以及其它有源和无源部件的网络结构或拓朴的复杂系统中，已经 表明这里出现的非对称延迟时间^艮长，以至于该延迟时间超过了 FlexRay协议预定的时间预算。按照FlexRay协议，用下降BSS(字节 起始序列)边缘同步扫描计数器，也就是复位。在计数器计数状态为5 时扫描。在目前在FlexRay中设置的8倍过扫描(过采样)时，在扫 描时刻(第5个扫描值)和第8个扫描值之间还存在3个扫描时钟， 这些扫描时钟在通信控制器时钟为80MHz时分别等于12. 5ns，加起来 就是时间预算(图9和图10中的12) 37.5ns。该时间预算12实际上 用于平衡由于从下降边缘陡度到上升边缘陡度的差异而产生的非对称 延迟。但是，如果象在复杂的网络拓朴或网络结构中那样非对称延迟 超过预定的时间预算12 (参见图10)，则会导致在第5个扫描时钟扫 描时会获得错误的值.
在更为复杂的网络拓朴中的数据传输路径(或传输信道)用例如 图11中的非对称延迟的相应延迟时间显示。该数据传输路径包括发送 用户14，该发送用户包括通信控制器(CC) 16、具有线路和元件的印 刷电路板(PCB) 18和发射器。发射器包括总线驱动器(BD) 20和结 束元件(CMC, Common Mode Choke) 22,发送用户14通过主要包括信 号线路的第一无源网络24与第一有源星形节点26连接，该星形节点 还包括两个分离的总线驱动器。
第一星形节点26通过第二无源网络28 (其它连接线路)与第二有 源星形节点30连接，该星形节点30同样包括两个分离的总线驱动器。 星形节点30通过另一个无源网络(其它连接线路)与接收用户36连 接。该接收用户包括通信控制器(CC) 38、印刷电路板(PCB) 40和接 收器。接收器包括结束元件42和总线驱动器(BD) 44。
非对称延迟(没有EMV部分)的相应估计、建模和/或计算的时间 在图11中针对不同的部件给出，并且必须相加以确定总的非对称延迟。 利用示出的计数值，得到大约39. 75ns的非对称延迟。这高于先前确
定的大约37. 5ns的时间预算12。其中还要加上随机的EMV影响，这种 EMV影响进一步提高了总的非对称延迟。因此，如果希望保持大约 10Mbit/sec的高数据率，现有技术公知的解码方法在图11的网络拓朴 中在特定时刻不再能按照规定工作。
总之，通过FlexRay协议制定出(至少在复杂的网络拓朴中)不 能保持物理层的预定规则。在此本发明可以消除该问题。
按照本发明，提出一种用于至少部分补偿通过传输信道传输的信 号10的非对称延迟的方法，该方法不需要改变接收用户36的通信控 制器的逻辑层。按照本发明，该补偿在传输信道的物理层上在发送用 户14对待传输信号的编码和接收用户36对接收信号的解码之间的一 个或多个任意位置上进行。为此，在发送用户14和接收用户36之间 的网络结构的任意点上至少部分地补偿非对称延迟，其中将以下上升 或下降信号边缘，即这些信号边缘由于通过网络结构的传输而经历比 其它下降或上升信号边缘更少的延迟，延迟到使它们的延迟等于被更 强延迟的下降或上升信号边缘的延迟。这可以减小所传播的上升和下 降信号边缘的延迟之间的距离，并由此减小、甚至补偿非对称延迟。
对由于通过传输信道而被较弱延迟的信号边缘的附加延迟，可以 如上所述在网络结构的任意位置上进行，即在发送用户14中或在接收 用户36中或在该用户14、 36的通信控制器16、 38中或在该用户14、 36的发送接收单元(收发器)中进行。重要的是，该附加延迟在本发 明中是在发送用户14对信号编码之后以及在接收用户36对该信号解 码之前进行。按照本发明，在传输信道中的可编程非对称补偿可以串 行地添加到信号链中。通过非对称补偿，在信号链中固有存在的信号 非对称被抵消。
所需要的非对称补偿的数量在接收协议帧(所接收的数据帧)中 通过测量确定，或通过交货时在接收用户36的总线驱动器部件44中 的固定编程确定，或者通过在交货时在网络结构中的固定编程确定(由 汽车被放置了本发明的数据传输系统的汽车制造商进行)。
本发明的优点在于，整个数据传输系统更稳健地抵抗构成部件中 的非对称分量，因此这些部件不必具有严格的容差预定参数，可以采 用更为便宜的部件和组件，而不会因为传输信号10的非对称延迟产生 解码错误。此外，可以提高传输安全性，由此提高整个数据传输系统
的可用性。
为了实现本发明，可以在网络结构中的任意位置上设置一个或多 个用于测量和至少部分补偿非对称延迟的装置。这种装置例如在图1
中示出，总体上用附图标记50表示。装置50包括可编程延迟单元52， 例如由Dallas Semiconductor Corp. ， Dallas， Texas, USA以"DS1021 -50"提供和销售的。这种延迟单元52可以用小于Ins的精度，优选 0. 5ns的精度有目的地将信号延迟可编程的延迟持续时间，该延迟持续 时间例如在10到140ns的区域内。延迟持续时间通过置位或清除多个 位如8个位来编程。当然还可以采用具有更大或更小延迟区域以及更
高或更低精度的其它可编程延迟单元。
在测量和补偿装置50的输入端IN输入的输入信号10 —方面被直 接传递给可编程延迟单元52，另一方面在分叉点之后传递给可编程延 迟单元52。在延迟单元52的输出端的延迟的信号IO，用DEL (延迟的) 表示。最初的输入信号10以及延迟的信号IO，都在与门54中结合，或 者在或门56中分离。通过例如实施为晶体管的开关58，该结合(信号 10、 IO，的与逻辑运算)或分离(信号10、 IO，的或逻辑运算)出现在 装置50的输出端OUT。
测量和补偿装置50对信号变化过程的影响在图2中示出。输入信 号IN示例性地被延迟了T。输入信号IN和延迟的信号DEL都为"1" 的区域的组合集合，产生可用的中间信号OR。信号IN和DEL都为"1" 的区域的相交集合，产生可用的中间信号AND。在图2示例性示出的信 号变化过程中，开关58位于图1所示的位置"与"位置，从而输出信 号OUT相当于中间信号AND。
在图2中，附图标记60表示信号由于或门56中的信号运行时而 发生的延迟。同样，用附图标记61表示中间信号AND由于与门54中 的信号运行时而发生的信号延迟。下降信号边缘通过测量和补偿装置 50的附加延迟在OR中间信号上给出，并用附图标记62表示。上升信 号边缘的附加延迟在AND中间信号上给出，并用附图标记63表示。如 果在装置50的输出端0UT上输出AND中间信号，则信号10的上升信 号边缘由于与门54中的信号运行时被延迟了包括延迟61在内的值T。 同样，如果装置50的输出端OUT上输出OR中间信号，则信号10的下 降信号边缘由于或门56中的信号运行时被延迟了包括延迟61在内的
延迟值T。通过采用本发明的测量和补偿装置50，有目的地在考虑逻辑 门54和56的信号运行时的情况下将传输信号的上升或下降信号边缘 延迟了延迟值T。是否通过装置50延迟下降或上升信号边缘，可以通 过开关58来选择，延迟持续时间T在8位上被编程。
为了确定信号10的上升或下降信号边缘要被延迟的延迟值T，首 先测量非对称延迟。非对称延迟例如可以借助在数据传输系统采用的 传输协议中强制设置的信号IO从下降边缘到上升边缘或从上升边缘到 下降边缘的变换的距离来测量(参见图3)。在FlexRay传输协议中， 例如可以测量数据帧的帧起始序列(FSS)的上升边缘70和字节起始 序列(BSS)的下降边缘71之间的距离。所测量的距离在图3中用72 表示。帧起始序列FSS的上升边缘70和FSS的结束之间的正常距离 gdBit正常情况下是100ns。因此，如果非对称延迟等于0,正常距离 72按照FlexRay协议规范v2. 1就是200ns。在8倍过采样中，这恰好 是16个正常的采样周期持续时间。补偿所测得的非对称延迟所需要的 延迟值T例如可以通过组合学或合适的计算算法从测得的距离72中获 得。
测量和补偿装置50可以具有处理器，尤其是数字信号处理器 (DSP)，或者状态机，用于处理计算机程序和实现补偿传输信道上的 非对称延迟的本发明方法。根据本发明的该实施方式，计算机程序可 以设计为启动从存储元件中读取延迟值T或者测量非对称延迟以及确 定延迟值T。接着，通过计算机程序的启动，依据所确定的延迟值T对延 迟单元52编程，以获得期望的时间上的延迟。依据信号10的下降或 上升边缘是否应当被延迟，通过计算机程序来相应地控制开关58。
在图4中示出本发明的可能实施方式。图4示出具有比较简单的 网络结构的数据传输系统。该数据传输系统包括3个用户A、 B、 C，在 它们之间通过网络结构传输编码在信号10中的数据。在网络结构的有 源或无源网络的任意位置上，可以设置本发明的测量和补偿装置50。 尤其是可以将装置50设置在信号线路24、 28上，也可以设置在信号 线路34上。在图4所示的实施例中，测量和补偿装置50设置在信号 线路24、 28的任意位置上，另一个装置50设置在用户B和有源星形 30之间的信号线路上。当然还可以将两个装置50作为有源星形30的 收发器(发送接收单元)的集成部件或作为有源星形30本身的集成部
件。有源星形30和作为集成部件的两个装置50 —起用附图标记30， 表示。
信号10的上升或下降信号边缘在装置50中被延迟的延迟值T,可 以在预测延迟的情况下通过有源星形30和连接线路34选择，由此信 号10的非对称延迟在用户36接收时会尽可能地小。由此在确定延迟 值T时考虑其它传输路径上将要发生的、已经估计的或者先前一次性测 量的非对称延迟。但是还可以在连接线路34上，优选尽可能在用户C 之后设置另一个本发明的测量和补偿装置50 (未示出)，其减小、在 理想情况下补偿了由于通过有源星形30和连接线路34(以及可能还在 传输信道上存在的其它有源和/或无源组件)传输信号10而导致的非 对称延迟。
设置在图4的数据传输系统的网络结构中的本发明装置50优选具 有用于获取、尤其是用于测量非对称延迟的装置，从而可以自适应地 调节可编程延迟单元52的延迟时间T，优选调节每个数据帧的延迟时 间T。但是还可以在公知的网络拓朴结构中，在数据传输之前，例如在 交货时就确定非对称延迟，并且固定地预先给定延迟值T。在这种情况 下可以在装置50中弃用测量非对称延迟的装置。
在图5中示出本发明的另一个实施例。在此图5示出发送用户14 和接收用户36，以及设置在它们之间的或多或少复杂的网络结构 24-34。接收用户36具有收发器46，该收发器称为发送接收单元或在 简单情况下称为电平转换器。通过收发器46接收的信号10到达通信 控制器38，然后继续传递给接收用户36的主处理器48。通信控制器 38包括解码单元60，也称为扫描装置或解码器。解码器60用于按照 上述方式扫描编码在接收信号10中的数据位。在解码器60前面连接 了本发明的测量和补偿装置50,用于测量和至少部分补偿非对称延迟。
在图6中示出本发明的另一个实施例，其中本发明的测量和补偿 装置50设置在收发器46中。收发器46包括所谓的收发器核62，用于 实现中央收发功能，以及也称为总线驱动器的驱动单元44。通过收发 器46中的测量和补偿装置50，还在信号IO被解码之前就减小、在理 想情况下补偿接收信号10的非对称延迟。
权利要求
1. 一种用于在数据传输系统的发送用户(14)和接收用户(36)之间通过数据传输系统的网络结构(24-34)传输编码在信号(10)中的数据的方法，其中编码在信号(10)中的数据在具有特定结构的数据帧中以位的方式串行传输，在接收用户(36)中扫描编码在信号中的数据的每一位，该信号(10)由于通过网络结构(24-34)的传输而被非对称地延迟，其特征在于，在所述网络结构(24-34)中的至少一个点上确定该信号(10)的非对称延迟，并且在所述接收用户(36)扫描编码在该信号(10)中的数据位之前，就至少部分地补偿该非对称延迟。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信号(10)的 非对称延迟在数据传输之前就确定，并在数据传输期间加以补偿。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述信号(10)的 非对称延迟在交货时就确定、存储，和又被调用来进行补偿。
4. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述信号(10)的 非对称延迟借助准备采用的数据传输系统来确定、存储，和又被调用 来进行补偿。
5. 根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，对所述非对称 延迟进行估计、建模或测量。
6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信号(10)的 非对称延迟在数据传输期间被确定和补偿。
7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，确定和补偿所述信 号(10)的非对称延迟在时间上尽可能接近地执行，优选连续地进行。
8. 根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，对所述非对称 延迟进行估计、建模或测量。
9. 根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，借助在所述数 据传输系统所使用的传输协议中强制设置的信号(10)从上升到下降 边缘或从下降到上升边缘的变换的距离来测量所述非对称延迟。
10. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，测量数据帧的帧起 始序列(FSS)的上升边缘(74)和字节起始序列(BSS)的下降边缘(76)之间的距离(72)。
11. 根据权利要求1至10之一所述的方法，其特征在于，借助所确定的非对称延迟确定合适的延迟值(T)，以便至少部分地补偿所述非对称延迟，所述延迟值(T)是由于通过网络结构(24-34 )传输而 被较弱延迟的信号边缘所必须被延迟的值。
12. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述延迟值(T) 借助组合学或合适的计算算法通过所确定的非对称延迟来确定。
13. 根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，将所确定的 延迟值(T)输入可编程的延迟单元(52),该延迟单元设置在所述网 络结构(24-34 )中的任意位置上，但是在任何情况下都在发送用户(14 ) 对将要传输的信号(10 )编码之后以及在接收用户(36 )对该信号(10 ) 解码之前，通过该延迟单元将由于通过网络结构(24-34 )传输而被较 弱延迟的信号边缘延迟所述延迟值(T)。
14. 根据权利要求1至13之一所述的方法，其特征在于，用至少 lns的精度，优选0. 5ns或0. lns的精度延迟由于通过网络结构(24-34 ) 传输而被较弱延迟的信号边缘。
15. —种设置在数据传输系统的网络结构(24-34 )中的任意点上 的装置(50)，其中该数据传输系统具有多个用户(14， 36)，设置 在所述用户(14， 36)之间的网络结构(24-34 ),以及用于通过网络 结构(24-34 )在发送用户(l4 )和接收用户(36 )之间用具有特定结 构的数据帧按照位的方式串行地传输编码在信号(10)中的数据的装 置，所述通过网络结构的数据传输使得所述信号(IO)发生了非对称 延迟，而且在数据传输系统的接收用户(36)中设置用于扫描编码在 所述信号(10)中的数据的每一位的装置(60)，其特征在于，所述 装置(50)设置在接收用户(36)中的用于扫描的装置(60)之前， 并且具有用于测量和部分地补偿所述信号(10)的非对称延迟的装置。
16. 根据权利要求15所述的装置(50)，其特征在于，所述装置 (50 )具有用于执行根据权利要求6至14之一的方法的装置。
17. —种用于传输编码在信号(10)中的数据的数据传输系统，其 中该数据传输系统具有多个用户(14， 36)，设置在所述用户(14， 36)之间的网络结构(24-34 ),以及用于通过网络结构(24-34 )在 发送用户(14)和接收用户(36)之间用具有特定结构的数据帧按照 位的方式串行地传输编码在信号(10)中的数据的装置，所述通过网 络结构(24-34 )的数据传输使得所述信号(10)发生了非对称延迟， 而且在接收用户(36)中设置用于扫描编码在所述信号(10)中的数 据的每一位的装置(60)，其特征在于，在用于扫描的装置(60)之 前的网络结构(24-34 )中的至少一个点上，设置用于测量和至少部分 地补偿所述信号(10)的非对称延迟的装置(50)。
18. 根据权利要求17所述的数据传输系统，其特征在于，所述网 络结构(24-34 )包括有源和/或无源的元件，尤其是一个或多个以下 部件连接线路(24， 28， 34)，传输器，扼流團，通信控制器(16, 38),发送接收装置(46)，电平转换器，有源星形(26， 30)，结 束电阻，用于结束分流的电容。
19. 根据权利要求17或18所述的数据传输系统，其特征在于，所 述用于测量和补偿的装置(50 )具有用于执行根据权利要求6至14之 一的方法的装置。
20. —种用于传输编码在信号(10)中的数据的数据传输系统的用 户(36),其中该数据传输系统具有多个用户(l4， 36)，设置在所 述用户(14， 36)之间的网络结构(24-34 ),以及用于通过网络结构(24-34 )在发送用户UO和接收用户(36)之间用具有特定结构的 数据帧按照位的方式串行地传输编码在信号(10)中的数据的装置， 所述通过网络结构(24-34 )的数据传输使得所述信号(10)发生了非 对称延迟，而且在接收用户(36 )中设置用于扫描编码在所述信号(10 ) 中的数据的每一位的装置(60)，其特征在于，所述用户(36)在用 于扫描的装置(60 )之前具有用于测量和至少部分地补偿所述信号(10 ) 的非对称延迟的装置(50)。
21. 根据权利要求20所述的用户(36)，其特征在于，所述用于 测量和补偿的装置(50 )具有用于执行根据权利要求6至14之一的方 法的装置。
22. —种用于传输编码在信号(10)中的数据的数据传输系统的接 收用户(36)的通信控制器(38)，其中该数据传输系统具有多个用 户(14， 36)，设置在所述用户(14, 36)之间的网络结构(24-34 ), 以及用于通过网络结构(24-34 )在发送用户(14)和接收用户(36) 之间用具有特定结构的数据帧按照位的方式串行地传输编码在信号(10)中的数据的装置，所述通过网络结构(24-34 )的数据传输使得 所述信号(10)发生了非对称延迟，而且在数据传输系统的接收用户 (36)的通信控制器(38)中设置用于扫描编码在所述信号(10)中 的数据的每一位的装置(60)，其特征在于，所述通信控制器(38) 在用于扫描的装置(60)之前具有用于测量和至少部分地补偿所述信号(io)的非对称延迟的装置(so)。
23. 根据权利要求22所述的通信控制器(38)，其特征在于，所 述用于测量和补偿的装置(50 )具有用于执行根据权利要求6至14之 一的方法的装置。
24. —种用于传输编码在信号(10)中的数据的数据传输系统的接 收用户(36)的发送接收单元(46),其中该数据传输系统具有多个 用户(14， 36)，设置在所述用户(14， 36 )之间的网络结构(24-34 ), 以及用于通过网络结构(24-34 )在发送用户(14)和接收用户(36) 之间用具有特定结构的数据帧按照位的方式串行地传输编码在信号(10)中的数据的装置，所述通过网络结构(24-34 )的数据传输使得 所述信号(10)发生了非对称延迟，而且在接收用户(36)中设置用 于扫描编码在所述信号(10)中的数据的每一位的装置(60)，其特 征在于，所述发送接收单元(46)在用于扫描的装置(60)之前具有 用于测量和至少部分地补偿所述信号(10 )的非对称延迟的装置(50 )。
25. 根据权利要求24所述的发送接收单元(46)，其特征在于， 所述用于测量和补偿的装置(50 )具有用于执行根据权利要求6至14 之一的方法的装置。
26. —种设置在用于传输编码在信号(10)中的数据的数据传输 系统的网络结构中的有源星形(26， 30， 30，)，其中该数据传输系统 具有多个用户(14， 36)，设置在所述用户(14， 36)之间的网络结 构(24-34 )，以及用于通过网络结构(24-34 )在发送用户(14 )和 接收用户(36)之间用具有特定结构的数据帧按照位的方式串行地传 输编码在信号(10)中的数据的装置，所述通过网络结构(24-34 )的 数据传输使得所述信号(10 )发生了非对称延迟，而且在接收用户(36 ) 中设置用于扫描编码在所述信号(10 )中的数据的每一位的装置(60 )， 其特征在于，所述有源星形(26, 30， 30，)在用于扫描的装置(60) 之前具有用于测量和至少部分地补偿所述信号(10)的非对称延迟的 装置(50)。
27.根据权利要求26所述的所述有源星形(26， 30， 30，)，其特 征在于，所述用于测量和补偿的装置(50)具有用于执行根据权利要 求6至14之一的方法的装置。
全文摘要
本发明涉及一种用于在数据传输系统的发送用户(14)和接收用户(36)之间通过数据传输系统的网络结构(24-34)传输编码在信号(10)中的数据的方法和数据传输系统。编码在信号(10)中的数据在具有特定结构的数据帧中以位的方式串行传输。在接收用户(36)中扫描编码在信号中的数据的每一位。该信号(10)由于通过网络结构(24-34)的传输而被非对称地延迟，为了补偿在传输信道的物理层上的非对称延迟，建议在所述网络结构(24-34)中的至少一个点上确定该信号(10)的非对称延迟，并且在所述接收用户(36)扫描编码在该信号(10)中的数据位之前，就至少部分地补偿该非对称延迟。为了测量和补偿非对称延迟提出一种测量和补偿装置(50)。
文档编号H04L25/06GK101395876SQ200780007970
公开日2009年3月25日 申请日期2007年2月9日 优先权日2006年3月8日
发明者A·-J·罗哈特谢克 申请人:罗伯特·博世有限公司