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EP1575013A2 - Sensor with multiplex-data output - Google Patents

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Publication number
EP1575013A2
EP1575013A2 EP04030561A EP04030561A EP1575013A2 EP 1575013 A2 EP1575013 A2 EP 1575013A2 EP 04030561 A EP04030561 A EP 04030561A EP 04030561 A EP04030561 A EP 04030561A EP 1575013 A2 EP1575013 A2 EP 1575013A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
msn
lsn
sensor
data words
short data
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP04030561A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP1575013B1 (en
EP1575013A3 (en
Inventor
Hans-Jörg Dipl.-Ing. Fink
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TDK Micronas GmbH
Original Assignee
TDK Micronas GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TDK Micronas GmbH filed Critical TDK Micronas GmbH
Publication of EP1575013A2 publication Critical patent/EP1575013A2/en
Publication of EP1575013A3 publication Critical patent/EP1575013A3/en
Application granted granted Critical
Publication of EP1575013B1 publication Critical patent/EP1575013B1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C19/00—Electric signal transmission systems
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C15/00—Arrangements characterised by the use of multiplexing for the transmission of a plurality of signals over a common path

Definitions

  • Sensors are usually located at the location of the size to be determined. Either this already requires the measuring principle or is used to measure errors and uncertainties keep as small as possible.
  • the measured quantities such as temperature, magnetic field, pressure, Force, flow, level, etc. are in the sensor in physical signals converted, which are then fed to the receiving device.
  • a conversion into electrical signals instead of easily generating, can be transmitted and received, in particular if as a receiver, a processor is provided, which has appropriate interfaces.
  • signals can be analog or digital signals. Digital signals have the advantage over analog signals that they can be used on the Transmission can be disturbed less, however, by an increased Effort on the transmitter and receiver side as well as on the transmission line has to be bought.
  • digital signals often fit better in the Signal landscape of the connected processors, because their signal processing in essential parts are also digital.
  • a disadvantage of the serial data transmission is with longer data words that for the Transmission time required because the transmission rate is relatively slow. Long signal lines can smoothen the pulse edges, resulting in safe Detection requires compared to the processor clock significantly reduced data rate. In the rule is during this time at least the associated data input of the Receiver blocked for other data, in the worst case extends the Blocking on other parts of the processor, which then no example Interruption allows.
  • Another way of transferring data quickly is to transfer the data before the transmission by means of a digital-to-analog converter back into an analog signal discrete values and transmit this signal. This corresponds to one parallel data transmission. On the receiver side can then be out of the signal areas again the data by means of an analog-to-digital converter win back. At first glance, this looks awkward, because you could equal to the original analog output signal of the sensor transmitted. Finds though in the sensor processing of the sensor signal instead, for example, a filtering, Interpolation, compensation, level adjustment, equalization etc., then this is done a lot easier on the digital level, because then the associated parameters and Program steps are retrievable from digital stores and digital processing in with integrated computing devices takes place. There are problems with this type of transmission with high-resolution sensor output signals, because then the disturbances on the Transmission distance comparable or even greater than the step size of the Available signal grid.
  • the solution of the task is based on the knowledge that not all data simultaneously for transmission into an analog signal, a pseudo signal, to be implemented, but only in sections.
  • the resulting analog signals then become one after the other in multiplex mode.
  • On the receiver side are the the transmitted pseudo signals bits compiled correctly, so that the full data word is available for further processing stands.
  • the number of multiplexing sections and the number of multiplexing sections transmitted data is of the respective characteristics of the involved Function units and the expected interference dependent. If the disturbing influence is low, then this allows more discretely distinguishable states than when the Disturbance is high. In the limiting case the disturbing influence is so high that a Multiplex transmission is no longer possible, but each bit transmitted individually must be, but this is again purely sequential operation.
  • the multiplexed data packets must be on the receiver side be reassembled correctly. So there must be a secure association be predetermined, which of the various data packets are each. There are a lot of possibilities for this.
  • a very simple solution is the Marked by short breaks between the related ones Multiplex sections of a single data word and long pauses leading to Differentiation of different data words serve. Here is the order of fixed data packets.
  • a great advantage of the described multiplex transmission is that even high-resolution Sensor signals from the analog-to-digital converters with a lower Bit resolution in the processors can be detected.
  • the first 7 bits, which are the higher or lower digits of the Data word associated with are then stored in a first register.
  • At the second received signal are the 7 bits of the lower or higher order digits of the data word and in a second tab or left blank Positions of the first register are stored correctly.
  • the demand for one High transmission accuracy is the detection of the exact throttle position in an internal combustion engine, called for the setting of a quiet idle is required.
  • the example shows that as a rule the transmission with two steps is sufficient, which simplifies the procedures for marking the two sections. For example, you can choose the available voltage range between Split 0.25V and 4.75V into two 0.25V to 2.25V and 2.75V to 4.75V parts. In One area will then be the higher-ranking places and the other area transferred to lower-ranking bodies.
  • the interference immunity is halved, but has compared to the above example with the transmission of a 10 bit signal still a gain of about 15 times.
  • the definition of the respective data area or its request can also be done by the controller itself by this a load resistance of Transmission line via one of its I / O ports to the VSS or VDD potential on. This switching is via the changed current direction in one corresponding evaluation circuit detected in the sensor output and triggers the transmission of the desired data section.
  • Another way to define the Data packets and, if applicable, their tripping can be monitored via signals on the Supply line VDD or another connection of the sensor done.
  • VDD Supply voltage connection
  • the data does not change in the higher value range, but only the data in the low-order range. In this case it is expedient, as long as only the changes in the low-order data area until the higher-order data area a change results. If the transmission occurs in two control areas, the Marking which data section is currently being transmitted ensures otherwise, another label must ensure this. This method Accelerates the transfer further and reduces the occupancy of the controller.
  • the decimal value 5241 is the output voltage going from 0V to 5V Vout, where the full stroke corresponds to the decimal 16384.
  • the decimal value 5241 results in a voltage value of 1,600 V.
  • Fig. 4 shows schematically the analog output signal Vout for a sensor for Recording of angle values.
  • the angles ⁇ from -60 ° to + 60 ° are ⁇ linearly assigned the voltage values from 0 V to 5 V.
  • FIG. 5 shows in the time diagram the successive transmission of the short data words LSN and MSN of FIG. 1 as different voltage levels Vout of 4.727 V and 1.563 V.
  • a short transition of about 0.2 ms signals the change from the LSN to MSN.
  • the change is triggered in the embodiment in that in Sensor output is detected that the current flow direction on the Transmission line has reversed, which, for example, by switching the Load resistance RL from VSS or GND to VDD is effected.
  • FIG. 6 An example of such an implementation is shown in FIG. 6.
  • a sensor 1 is connected to its Signal output 2 connected to a transmission link 3, the one Load resistance RL, for example, 10 kOhm. That of the Transmission link 3 opposite end of the load resistor is connected to an I / O input a receiver 4, e.g. a controller connected to its output potential optionally switch between VSS and VDD and thus in the sensor 1, the output of the respective short data word as an analog pseudo signal controls.
  • FIG. 7 shows another implementation of the external triggering of the short data words shown schematically.
  • the control now takes place via the supply voltage VDD, which is modulated by the controller 4 in an appropriate manner via the I / O port. Whether an overvoltage and undervoltage +/- ⁇ U is used or different high overvoltages depends only on the detection circuit in the sensor. Of the Load resistance RL in this case is at a fixed potential, e.g. VDD, connected.
  • Fig. 8 shows schematically as a block diagram the functional units of an embodiment for a sensor 1.
  • the actual sensor element 6 delivers its analog measurement signal to an analog-to-digital converter 7.
  • the subsequent processing takes place digitally in the circuit block 8. If this parameter or program instructions needed, then these are brought from a memory 9. There also intermediate results etc. can be stored.
  • the result of the processing is the digital output signal of the block 8, a multi-digit data word, which is ultimately to be transmitted to a receiver, not shown.
  • This data word is split in the circuit block 10 into two short data words MSN and LSN, which are buffered in the registers 11, 12. Via an electronic switching device 13, the content of the two registers is switched by a control device 14 at the correct time to a digital-to-analog converter 15, which converts the short data words MSN and LSN each into an analog pseudo signal which is supplied via an amplifier 16 to an output terminal of the sensor 1 becomes.
  • the required supply lines and control lines and clocks are not shown for the sake of clarity. Whether the individual functional units are realized wholly or partly by means of an adapted circuit or by means of a program is within the scope of the invention.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
  • Time-Division Multiplex Systems (AREA)

Abstract

Verfahren zur Datenübertragung von einem Sensor (1) auf einen Empfänger (4) bei dem jedes ursprüngliche Datenwort stellenmäßig in mindestens zwei getrennte Kurzdatenworte (MSN, LSN) zerlegt wird. Die getrennten Kurzdatenworte (MSN, LSN) werden mittels einer Digital-Analogumsetzung (15) jeweils in ein analoges Pseudosignal umgesetzt und im Multiplexbetrieb über einen Ausgang des Sensors und eine Übertragungsstrecke (3) dem Empfänger (4) zugeführt. Im Empfänger werden die analogen Pseudosignale mittels eines Analog-Digitalumsetzers (15) wieder in Kurzdatenworte (MSN, LSM) zurückgewandelt und stellenrichtig zusammenfügt, so dass das resultierende Datenwort dem ursprünglichen Datenwort entspricht.Method for data transmission from a sensor (1) to a receiver (4) in which each original data word is decomposed in place into at least two separate short data words (MSN, LSN). The separated short data words (MSN, LSN) are respectively converted by means of a digital-to-analog conversion (15) into an analog pseudo signal and fed in multiplex mode via an output of the sensor and a transmission path (3) to the receiver (4). In the receiver, the analog pseudo signals are converted back into short data words (MSN, LSM) by means of an analog-to-digital converter (15) and combined in the correct position so that the resulting data word corresponds to the original data word.

Description

Sensoren befinden sich in der Regel am Ort der zu bestimmenden Größe. Entweder erfordert dies schon das Messprinzip oder dient dazu, Messfehler und Unsicherheiten möglichst klein zu halten. Die gemessenen Größen wie Temperatur, Magnetfeld, Druck, Kraft, Durchfluss, Füllstand usw. werden im Sensor in physikalische Signale umgewandelt, die dann der Empfangseinrichtung zugeführt werden. In der Regel findet im Sensor eine Umsetzung in elektrische Signale statt, die sich leicht generieren, übertragen und empfangen lassen, insbesondere wenn als Empfänger ein Prozessor vorgesehen ist, der über entsprechende Schnittstellen verfügt. Die zu übertragenden Signale können dabei je nach Anwendungsfall analoge oder digitale Signale sein. Digitale Signale haben gegenüber analogen Signalen den Vorteil, dass sie auf dem Übertragungsweg weniger gestört werden können, was allerdings durch einen erhöhten Aufwand auf der Sender- und Empfängerseite sowie auf der Übertragungsstrecke erkauft werden muss. Andererseits passen digitale Signale oft besser in die Signallandschaft der angeschlossenen Prozessoren, weil deren Signalverarbeitung in wesentlichen Teilen ebenfalls digital erfolgt.Sensors are usually located at the location of the size to be determined. Either this already requires the measuring principle or is used to measure errors and uncertainties keep as small as possible. The measured quantities such as temperature, magnetic field, pressure, Force, flow, level, etc. are in the sensor in physical signals converted, which are then fed to the receiving device. Usually finds in the sensor a conversion into electrical signals instead of easily generating, can be transmitted and received, in particular if as a receiver, a processor is provided, which has appropriate interfaces. The to be transferred Depending on the application, signals can be analog or digital signals. Digital signals have the advantage over analog signals that they can be used on the Transmission can be disturbed less, however, by an increased Effort on the transmitter and receiver side as well as on the transmission line has to be bought. On the other hand, digital signals often fit better in the Signal landscape of the connected processors, because their signal processing in essential parts are also digital.

Um parallele Datenleitungen auf der Übertragungsstrecke und endsprechende Parallelanschlüsse auf der Sensor- und Empfängerseite zu vermeiden, werden die Daten zweckmäßigerweise seriell übertragen. Die Übertragung erfolgt dabei als kontinuierlicher Datenstrom oder mittels zeitlich getrennter Datenpakete. In einfachster Form werden dabei die einzelnen Bits der Daten mittels zwei leicht unterscheidbaren logischen Zuständen kodiert und übertragen. Bekannte Verfahren gibt es in großer Anzahl, die bekanntesten sind wohl die binär modulierte Puls-Code-Modulation (=PCM) oder die ebenfalls binär modulierte Puls-Weiten-Modulation (=PWM). Ob dieser Modulation noch eine Trägermodulation hinzugefügt wird, ändert an der grundsätzlich binären Modulationsart nichts.Parallel data lines on the transmission link and end parallel connections on the sensor and receiver side, to avoid the data suitably transmitted serially. The transmission takes place as a continuous Data stream or by means of time-separated data packets. Be in the simplest form while the individual bits of the data by means of two easily distinguishable logical States coded and transmitted. Known methods exist in large numbers, the Most well-known are probably the binary modulated pulse code modulation (= PCM) or the also binary modulated pulse-width modulation (= PWM). Whether this modulation still a carrier modulation is added, changes to the basically binary Modulation type nothing.

Ein Nachteil der seriellen Datenübertragung ist bei längeren Datenworten der für die Übertragung erforderliche Zeitaufwand, weil die Übertragungsrate relativ langsam ist. Lange Signalleitungen können die Impulsflanken verschleifen, was zur sicheren Erkennung eine gegenüber dem Prozessortakt deutlich reduzierte Datenrate erfordert. In der Regel ist während dieser Zeit zumindest der zugehörige Dateneingang des Empfängers für andere Daten blockiert, im ungünstigeren Fall erstreckt sich die Blockierung auf weitere Teile des Prozessors, der dann beispielsweise keine Unterbrechung zulässt.A disadvantage of the serial data transmission is with longer data words that for the Transmission time required because the transmission rate is relatively slow. Long signal lines can smoothen the pulse edges, resulting in safe Detection requires compared to the processor clock significantly reduced data rate. In the rule is during this time at least the associated data input of the Receiver blocked for other data, in the worst case extends the Blocking on other parts of the processor, which then no example Interruption allows.

Eine andere Möglichkeit der schnellen Übertragung von Daten besteht darin, die Daten vor der Übertragung mittels eines Digital-Analogumsetzers wieder in ein Analogsignal mit diskreten Werten umzusetzen und dieses Signal zu übertragen. Dies entspricht einer parallelen Datenübertragung. Auf der Empfängerseite lassen sich dann aus den einzelnen Signalbereichen wieder die Daten mittels eines Analog-Digitalumsetzers zurückgewinnen. Auf den ersten Blick sieht das umständlich aus, denn man könnte ja gleich das ursprünglich analoge Ausgangssignal des Sensors übertragen. Findet jedoch im Sensor eine Bearbeitung des Sensorsignals statt, beispielsweise eine Filterung, Interpolation, Kompensation, Pegelanpassung, Entzerrung usw., dann erfolgt dies viel leichter auf der digitalen Ebene, weil dann die zugehörigen Parameter und Programmschritte aus digitalen Speichern abrufbar sind und die digitale Verarbeitung in mitintegrierten Recheneinrichtungen erfolgt. Probleme gibt es bei dieser Übertragungsart bei hochauflösenden Sensorausgangssignalen, weil dann die Störgrößen auf der Übertragungsstrecke vergleichbar oder gar größer sind als die Schrittweite des zur Verfügung stehenden Signalrasters.Another way of transferring data quickly is to transfer the data before the transmission by means of a digital-to-analog converter back into an analog signal discrete values and transmit this signal. This corresponds to one parallel data transmission. On the receiver side can then be out of the signal areas again the data by means of an analog-to-digital converter win back. At first glance, this looks awkward, because you could equal to the original analog output signal of the sensor transmitted. Finds though in the sensor processing of the sensor signal instead, for example, a filtering, Interpolation, compensation, level adjustment, equalization etc., then this is done a lot easier on the digital level, because then the associated parameters and Program steps are retrievable from digital stores and digital processing in with integrated computing devices takes place. There are problems with this type of transmission with high-resolution sensor output signals, because then the disturbances on the Transmission distance comparable or even greater than the step size of the Available signal grid.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, das eine schnelle und insbesondere sichere Datenübertragung zwischen Sensor und Empfänger auch bei Sensoren mit hoher Auflösung ermöglicht.It is an object of the invention to provide a method which provides a fast and in particular secure data transmission between sensor and receiver also at Sensors with high resolution allows.

Die Lösung der Aufgabe geht von der Erkenntnis aus, dass nicht alle Daten gleichzeitig für die Übertragung in ein analoges Signal, ein Pseudosignal, umgesetzt werden, sondern nur abschnittsweise. Die resultierenden analogen Signale werden dann nacheinander im Multiplexbetrieb übertragen. Auf der Empfängerseite werden die aus den übertragenen Pseudosignalen ermittelten Bits stellenrichtig zusammengesetzt, so dass das vollständige Datenwort für die weitere Verarbeitung wieder zur Verfügung steht.The solution of the task is based on the knowledge that not all data simultaneously for transmission into an analog signal, a pseudo signal, to be implemented, but only in sections. The resulting analog signals then become one after the other in multiplex mode. On the receiver side are the the transmitted pseudo signals bits compiled correctly, so that the full data word is available for further processing stands.

Die Anzahl der Multiplexabschnitte und die Anzahl der in jedem Multiplexabschnitt übertragenen Daten ist von den jeweiligen Eigenschaften der beteiligten Funktionseinheiten und den zu erwartenden Störungen abhängig. Wenn der Störeinfluss gering ist, dann erlaubt dies mehr diskret unterscheidbare Zustände als wenn der Störeinfluss hoch ist. Im Grenzfall ist der Störeinfluss so hoch, dass eine Multiplexübertragung gar nicht mehr möglich ist, sondern jedes Bit einzeln übertragen werden muss, dies ist aber wieder der rein sequentielle Betrieb.The number of multiplexing sections and the number of multiplexing sections transmitted data is of the respective characteristics of the involved Function units and the expected interference dependent. If the disturbing influence is low, then this allows more discretely distinguishable states than when the Disturbance is high. In the limiting case the disturbing influence is so high that a Multiplex transmission is no longer possible, but each bit transmitted individually must be, but this is again purely sequential operation.

Die im Multiplexbetrieb übertragenen Datenpakete müssen auf der Empfängerseite wieder richtig zusammengesetzt werden. Es muss also eine sichere Zuordnung vorgegeben sein, um welches der verschiedenen Datenpakete es sich jeweils handelt. Hierzu gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten. Eine sehr einfache Lösung ist die Kennzeichnung durch kurze Pausen zwischen den zusammengehörigen Multiplexabschnitten eines einzigen Datenwortes und langen Pausen, die zur Unterscheidung unterschiedlicher Datenworte dienen. Dabei ist die Reihenfolge der zusammengehörigen Datenpakete fest vorgegeben.The multiplexed data packets must be on the receiver side be reassembled correctly. So there must be a secure association be predetermined, which of the various data packets are each. There are a lot of possibilities for this. A very simple solution is the Marked by short breaks between the related ones Multiplex sections of a single data word and long pauses leading to Differentiation of different data words serve. Here is the order of fixed data packets.

Ein großer Vorteil der beschriebenen Multiplexübertragung ist, dass auch hochauflösende Sensorsignale von den Analog-Digitalumsetzern mit einer geringeren Bitauflösung in den Prozessoren erfasst werden können. Wird ein 14-stelliges Datenwort in zwei Abschnitte zu je 7 Bit gesplittet, dann ist ein Analog-Digitalumsetzer von 10 Bit im Prozessor in der Lage, dieses Signal aufzulösen und die zugehörigen 7 Bit zu bestimmen. Die ersten 7 Bit, die den höher- oder niederwertigen Stellen des Datenwortes zugeordnet sind, werden dann in einem ersten Register abgelegt. Beim zweiten empfangenen Signal werden die 7 Bit der nieder- oder höherwertigen Stellen des Datenwortes bestimmt und in einem zweiten Register oder in frei gebliebenen Stellen des ersten Registers stellenrichtig abgespeichert. Damit ist in zwei Schritten die Übertragung eines 14-stelliges Datenwort durchgeführt. Die weitere Verarbeitung erfolgt dann im Prozessor als 14-stelliges Datenwort. Als Beispiel für die Forderung nach einer hohen Übertragungsgenauigkeit wird die Erfassung der genauen Drosselklappenstellung bei einem Verbrennungsmotor genannt, die für die Einstellung eines ruhigen Leerlaufes erforderlich ist.A great advantage of the described multiplex transmission is that even high-resolution Sensor signals from the analog-to-digital converters with a lower Bit resolution in the processors can be detected. Becomes a 14-digit data word split into two 7-bit sections, then there is a 10-bit analog-to-digital converter Processor will be able to resolve this signal and the associated 7 bits too determine. The first 7 bits, which are the higher or lower digits of the Data word associated with are then stored in a first register. At the second received signal are the 7 bits of the lower or higher order digits of the data word and in a second tab or left blank Positions of the first register are stored correctly. This is in two steps the Transmission of a 14-digit data word performed. Further processing takes place then in the processor as a 14-digit data word. As an example of the demand for one High transmission accuracy is the detection of the exact throttle position in an internal combustion engine, called for the setting of a quiet idle is required.

Nimmt man an, dass die Versorgungsspannung der Elektronik die üblichen 5 Volt sind, dann steht für den Ausgangshub der Sensoren etwa ein Spannungsbereich zwischen 0,25V und 4,75V zur Verfügung. Will man mit diesem Spannungshub 10 Bit Auflösung erreichen, dann entspricht der kleinste Auflösungsschritt, ein LSB (=least significant bit), einem Spannungssprung von 4,88mV. Wird dieser Übertragungsbereich jedoch nach der Erfindung für eine Multiplexübertragung von 2 mal 5 Bit verwendet, dann enspricht der kleinste Auflösungsschritt LSB einem Spannungssprung von 62,25 mV. Dieser Gewinn entspricht etwa einem Faktor 30 gegenüber der ursprünglichen Auflösung.Assuming that the supply voltage of the electronics are the usual 5 volts, then stands for the output stroke of the sensors about a voltage range between 0.25V and 4.75V available. Do you want with this voltage 10-bit resolution reach, then the smallest resolution step, an LSB (= least significant bit), a voltage jump of 4,88mV. However, if this transmission range is after the Invention used for a multiplex transmission of 2 times 5 bits, then corresponds to the smallest resolution step LSB a voltage jump of 62.25 mV. This profit is about a factor of 30 over the original resolution.

Das Beispiel zeigt, dass in der Regel die Übertragung mit zwei Schritten ausreichend ist, wodurch sich die Verfahren zur Kennzeichnung der beiden Abschnitte vereinfachen. Beispielsweise kann man den zur Verfügung stehenden Spannungsbereich zwischen 0,25 V und 4,75V in zwei Teile mit 0,25 V bis 2,25 V und 2,75V bis 4,75 V aufspalten. In einem Bereich werden dann die höherwertigen Stellen und im anderen Bereich die niederwertigen Stellen übertragen. Die Störsicherheit wird hierbei halbiert, hat aber gegenüber dem obigen Beispiel mit der Übertragung eines 10 Bit Signals immer noch einen Gewinn etwa vom Faktor 15.The example shows that as a rule the transmission with two steps is sufficient, which simplifies the procedures for marking the two sections. For example, you can choose the available voltage range between Split 0.25V and 4.75V into two 0.25V to 2.25V and 2.75V to 4.75V parts. In One area will then be the higher-ranking places and the other area transferred to lower-ranking bodies. The interference immunity is halved, but has compared to the above example with the transmission of a 10 bit signal still a gain of about 15 times.

Die Definition des jeweiligen Datenbereiches oder dessen Anforderung kann jedoch auch durch den Controller selbst erfolgen, indem dieser einen Lastwiderstand der Übertragungsleitung über eines seiner I/O-Tore auf das VSS- oder VDD-Potential schaltet. Dieses Umschalten wird über die geänderte Stromrichtung in einer entsprechenden Auswerteschaltung im Sensorausgang erkannt und löst die Übertragung des gewünschten Datenabschnittes aus. Eine weitere Möglichkeit zur Definition der Datenpakete und gegebenenfalls zu deren Auslösung kann über Signale auf der Versorgungsleitung VDD oder einem weiteren Anschluss des Sensors erfolgen. In DE 198 19 265 C1 ist beispielsweise beschrieben, wie über den Versorgungsspannungsanschluss VDD Kommandosignale von einem externen Controller einem Sensor zugeführt werden. Im einfachsten Fall löst ein relativ hoher VDD-Spannungswert die Übertragung der höherwertigen Daten und ein relativ niedriger VDD-Spannungswert die Übertragung der niederwertigen Daten aus oder umgekehrt.However, the definition of the respective data area or its request can also be done by the controller itself by this a load resistance of Transmission line via one of its I / O ports to the VSS or VDD potential on. This switching is via the changed current direction in one corresponding evaluation circuit detected in the sensor output and triggers the transmission of the desired data section. Another way to define the Data packets and, if applicable, their tripping can be monitored via signals on the Supply line VDD or another connection of the sensor done. In the 198 19 265 C1 is described for example how about the Supply voltage connection VDD Command signals from an external Controller are fed to a sensor. In the simplest case triggers a relatively high VDD voltage value the transmission of the higher-order data and a relatively lower VDD voltage value transmits the low-order data or vice versa.

Wenn die zeitliche Änderung der vom Sensor zu erfassenden Größe relativ langsam ist, dann ändern sich die Daten im höherwertigen Bereich nicht, sondern nur die Daten im niederwertigen Bereich. In diesem Fall ist es zweckmäßig, solange nur die Änderungen im niederwertigen Datenbereich zu übermitteln bis sich im höherwertigen Datenbereich eine Änderung ergibt. Wenn die Übertragung in zwei Aussteuerbereichen erfolgt, ist die Kennzeichnung welcher Datenabschnitt gerade übertragen wird gewährleistet, ansonsten muss eine andere Kennzeichnung dies sicherstellen. Dieses Verfahren beschleunigt die Übertragung weiter und reduziert die Belegung des Controllers.If the time change of the quantity to be detected by the sensor is relatively slow, then the data does not change in the higher value range, but only the data in the low-order range. In this case it is expedient, as long as only the changes in the low-order data area until the higher-order data area a change results. If the transmission occurs in two control areas, the Marking which data section is currently being transmitted ensures otherwise, another label must ensure this. This method Accelerates the transfer further and reduces the occupancy of the controller.

Die Erfindung und vorteilhafte Ausgestaltungen werden nun anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert:

  • Fig. 1 zeigt die Aufspaltung von 14 Bit in zwei Kurzdatenworte mit je 7 Bit,
  • Fig. 2 zeigt den Aussteuerungsbereich für ein analoges Ausgangssignal,
  • Fig. 3 zeigt die Aussteuerungen für die zugehörigen analogen Pseudosignale,
  • Fig. 4 zeigt am Beispiel einer Winkelerfassung das analoge Sensorsignal,
  • Fig. 5 zeigt im Zeitdiagramm die Übertragung der Pseudosignale nach Fig. 3,
  • Fig. 6 zeigt schematisch eine Übertragungsstrecke mit umschaltbarer Last,
  • Fig. 7 zeigt schematisch die Steuerung des Sensors über die Versorgung und
  • Fig. 8 zeigt als Blockschaltbild die Funktionseinheiten eines Sensors.
    • The invention and advantageous embodiments will now be explained in more detail with reference to the figures of the drawing:
  • 1 shows the splitting of 14 bits into two 7-bit short data words,
  • 2 shows the modulation range for an analog output signal,
  • 3 shows the outputs for the associated analog pseudo signals,
  • 4 shows the example of an angle detection the analog sensor signal,
  • 5 shows in the timing diagram the transmission of the pseudo signals according to FIG. 3,
  • 6 shows schematically a transmission path with switchable load,
  • Fig. 7 shows schematically the control of the sensor via the supply and
  • 8 shows a block diagram of the functional units of a sensor.

    • In Fig. 1 wird in der Art einer Tabelle das mit 14 Stellen oder 14 Bit aufgelöste Ausgangssignal eines Sensors dargestellt. Der von 0 bis 13 Bit gehende Stellenbereich "Bit", der eine Binärzahl definiert, entspricht 16384 unterscheidbaren Signalbereichen. Im dargestellten Beispiel ist als Sensorsignalwert die Dezimalzahl Dec. 5241 angenommen, der zugehörige Binärwert ist unter "value" angegeben. Bei einer Aufspaltung dieser Binärzahl in zwei 7 Bit Bereiche ergeben sich die unter der rechten Spalte "value" angegebenen neuen Binärwerte MSN und LSN. MSN steht für "most significant nibble" und LSN für "least significant nibble". In Dezimalzahlen ausgedrückt entspricht MSN dem Wert 40 und LSN dem Wert 121. In der folgenden Beschreibung und in den Ansprüchen werden diese Teilbereiche MSN und LSN auch als Kurzdatenworte bezeichnet. In der rechten unteren Ecke wird mittels einer Formel dargestellt, dass beide Kurzdatenworte additiv wieder miteinander zum ursprünglichen Dezimalwert Dec. 5241 kombiniert werden können, sofern der dezimale MSB-Wert 40 zuvor mit dem Gewichtungsfaktor 128 gegenüber den LSN-Wert vergrößert wird.In Fig. 1, in the manner of a table, the one with 14 digits or 14 bits is resolved Output signal of a sensor shown. The digit range going from 0 to 13 bits "Bit", which defines a binary number, corresponds to 16384 distinguishable signal ranges. in the The example shown is the decimal number Dec as the sensor signal value. 5241 accepted the associated binary value is specified under "value". In a splitting of this Binary number in two 7-bit areas results in the lower right column "value" specified new MSN and LSN binary values. MSN stands for "most significant nibble" and LSN for "least significant nibble". Expressed in decimal numbers, MSN equals the Value 40 and LSN the value 121. In the following description and in the claims these subareas MSN and LSN are also referred to as short data words. In the bottom right corner is represented by a formula that both short data words additively together again to the original decimal value Dec. 5241 combined can be, provided the decimal MSB value 40 previously with the weighting factor 128 is increased over the LSN value.

    In Fig. 2 ist der Dezimalwert 5241 auf die von 0V bis 5V gehende Ausgangsspannung Vout abgebildet, wobei der volle Hub dem Dezimalwert 16384 entspricht. Der genannte Spannungsbereich von 0V bis 5V dient hier der einfacheren Betrachtung, in Wirklichkeit werden bei einer Versorgungsspannung von VDD=5 V diese Werte selbstverständlich nicht erreicht. Für den Dezimalwert 5241 ergibt sich ein Spannungswert 1,600 V. Fig. 3 zeigt die Spannungswerte für die zugehörigen Kurzdatenworte MSN und LSN, die in dezimaler Darstellung die Werte Dec. =40 bzw. 121 haben. Da durch den Splitvorgang jeweils nur noch 128 Spannungswerte zu unterscheiden sind, entsprechen die Dezimalwerte 40 und 121 der Kurzdatenworte MSN bzw. LSN den Spannungswerten 1,563 V bzw. 4,727 V.In Fig. 2, the decimal value 5241 is the output voltage going from 0V to 5V Vout, where the full stroke corresponds to the decimal 16384. The named Voltage range from 0V to 5V serves for easier viewing, in reality At a supply voltage of VDD = 5 V, these values become obvious not reached. The decimal value 5241 results in a voltage value of 1,600 V. Fig. 3 shows the voltage values for the associated short data words MSN and LSN, which in decimal representation the values Dec. = 40 or 121 respectively. Because of the split process in each case only 128 voltage values are to be distinguished, correspond to the Decimal values 40 and 121 of the short data words MSN and LSN the voltage values 1.563 V and 4.727 V.

    Fig. 4 zeigt schematisch das analoge Ausgangssignal Vout für einen Sensor zur Aufnahme von Winkelwerten. Den von -60° bis + 60° durchlaufenden Winkeln α sind linear die Spannungswerte von 0 V bis 5 V zugeordnet.Fig. 4 shows schematically the analog output signal Vout for a sensor for Recording of angle values. The angles α from -60 ° to + 60 ° are α linearly assigned the voltage values from 0 V to 5 V.

    Fig. 5 zeigt im Zeitdiagramm die aufeinanderfolgende Übertragung der Kurzdatenworte LSN und MSN von Fig. 1 als unterschiedliche Spannungspegel Vout von 4,727 V und 1,563 V. Ein kurzer Übergang von etwa 0,2 ms signalisiert den Wechsel vom LSN auf MSN. Der Wechsel wird in dem Ausführungsbeispiel dadurch ausgelöst, dass im Sensorausgang erkannt wird, dass sich die Stromflussrichtung auf der Übertragungsleitung umgekehrt hat, was beispielsweise durch die Umschaltung des Lastwiderstandes RL von VSS oder GND auf VDD bewirkt wird.5 shows in the time diagram the successive transmission of the short data words LSN and MSN of FIG. 1 as different voltage levels Vout of 4.727 V and 1.563 V. A short transition of about 0.2 ms signals the change from the LSN to MSN. The change is triggered in the embodiment in that in Sensor output is detected that the current flow direction on the Transmission line has reversed, which, for example, by switching the Load resistance RL from VSS or GND to VDD is effected.

    Ein Beispiel für eine derartige Realisierung zeigt Fig. 6. Ein Sensor 1 ist mit seinem Signalausgang 2 an eine Übertragungsstrecke 3 angeschlossen, die einen Lastwiderstand RL von beispielsweise 10 kOhm aufweist. Das von der Übertragungsstrecke 3 abgewandte Ende des Lastwiderstandes ist mit einem I/O-Eingang eines Empfängers 4, z.B. ein Controller, verbunden, der sein Ausgangspotential wahlweise zwischen VSS und VDD umschalten kann und damit im Sensor 1 die Abgabe des jeweiligen Kurzdatenwortes als analoges Pseudosignal steuert. Die Auswertung des analogen Pseudosignals im Empfänger 4, also seine Digitalisierung, erfolgt mittels eines Analog-Digitalumsetzers 5.An example of such an implementation is shown in FIG. 6. A sensor 1 is connected to its Signal output 2 connected to a transmission link 3, the one Load resistance RL, for example, 10 kOhm. That of the Transmission link 3 opposite end of the load resistor is connected to an I / O input a receiver 4, e.g. a controller connected to its output potential optionally switch between VSS and VDD and thus in the sensor 1, the output of the respective short data word as an analog pseudo signal controls. The evaluation of the analog pseudo signal in the receiver 4, so its digitization, by means of a Analog-to-digital converter 5.

    In Fig. 7 ist eine andere Realisierung der externen Auslösung der Kurzdatenworte schematisch dargestellt. Die Steuerung erfolgt jetzt über die Versorgungsspannung VDD, die vom Controller 4 in geeigneter Weise über den I/O-Anschluss moduliert wird. Ob dabei eine Über- und Unterspannung +/- ΔU verwendet wird oder unterschiedlich hohe Überspannungen hängt lediglich von der Erkennungsschaltung im Sensor ab. Der Lastwiderstand RL ist in diesem Fall an ein festes Potential, z.B. VDD, angeschlossen. FIG. 7 shows another implementation of the external triggering of the short data words shown schematically. The control now takes place via the supply voltage VDD, which is modulated by the controller 4 in an appropriate manner via the I / O port. Whether an overvoltage and undervoltage +/- ΔU is used or different high overvoltages depends only on the detection circuit in the sensor. Of the Load resistance RL in this case is at a fixed potential, e.g. VDD, connected.

    Wenn die Unterscheidung der Kurzdatenworte MSN und LSN über unterschiedliche Spannungsbereiche Vout erfolgt, dann erübrigen sich natürlich die Kennzeichnungen entsprechend Fig. 6 oder Fig. 7. In diesem Fall erfolgt die Unterscheidung rein passiv im Empfänger 4 über die vom Analog-Digitalumsetzer 5 unterschiedlich erkannten Spannungsbereiche.
    Fig. 8 zeigt schematisch als Blockschaltbild die Funktionseinheiten eines Ausführungsbeispieles für einen Sensor 1. Das eigentliche Sensorelement 6 liefert sein analoges Messsignal an einen Analog-Digitalumsetzer 7. Die darauf folgende Verarbeitung erfolgt digital im Schaltungsblock 8. Werden hierzu Parameter oder Programmanweisungen gebraucht, dann werden diese aus einem Speicher 9 geholt. Dort können auch Zwischenergebnisse usw. abgespeichert werden. Das Ergebnis der Verarbeitung ist das digitale Ausgangssignal des Blockes 8, ein mehrstelliges Datenwort, das letzten Endes zu einem nicht dargestellten Empfänger übertragen werden soll. Dieses Datenwort wird in dem Schaltungsblock 10 in zwei Kurzdatenworte MSN und LSN aufgespalten, die in den Registern 11, 12 zwischengespeichert werden. Über eine elektronische Schalteinrichtung 13 wird der Inhalt der beiden Register von einer Steuereinrichtung 14 zur richtigen Zeit auf einen Digital-Analogumsetzer 15 geschaltet, der die Kurzdatenworte MSN und LSN jeweils in ein analoges Pseudosignal umwandelt, das über einen Verstärker 16 einem Ausgangsanschluss des Sensors 1 zugeführt wird. Die erforderlichen Versorgungsleitungen und Steuerleitungen und Taktgeber sind der besseren Übersicht wegen nicht dargestellt. Ob die einzelnen Funktionseinheiten ganz oder teilweise mittels einer angepassten Schaltung oder mittels eines Programms realisiert sind, liegt im Rahmen der Erfindung.    If the short data words MSN and LSN are distinguished via different voltage ranges Vout, then of course the identifications according to FIG. 6 or FIG. 7 are unnecessary. In this case, the distinction is purely passive in the receiver 4 via the voltage ranges detected differently by the analog-to-digital converter 5 ,
    Fig. 8 shows schematically as a block diagram the functional units of an embodiment for a sensor 1. The actual sensor element 6 delivers its analog measurement signal to an analog-to-digital converter 7. The subsequent processing takes place digitally in the circuit block 8. If this parameter or program instructions needed, then these are brought from a memory 9. There also intermediate results etc. can be stored. The result of the processing is the digital output signal of the block 8, a multi-digit data word, which is ultimately to be transmitted to a receiver, not shown. This data word is split in the circuit block 10 into two short data words MSN and LSN, which are buffered in the registers 11, 12. Via an electronic switching device 13, the content of the two registers is switched by a control device 14 at the correct time to a digital-to-analog converter 15, which converts the short data words MSN and LSN each into an analog pseudo signal which is supplied via an amplifier 16 to an output terminal of the sensor 1 becomes. The required supply lines and control lines and clocks are not shown for the sake of clarity. Whether the individual functional units are realized wholly or partly by means of an adapted circuit or by means of a program is within the scope of the invention.

    Claims (11)

    Verfahren zur Datenübertragung von einem Sensor (1) auf einen Empfänger (4), dadurch gekennzeichnet, dass jedes ursprüngliche Datenwort stellenmäßig in mindestens zwei getrennte Kurzdatenworte (MSN, LSN) zerlegt wird, wodurch die Anzahl der jeweiligen Stellen kleiner wird als bei dem ursprünglichen Datenwort, die getrennten Kurzdatenworte (MSN, LSN) mittels einer Digital-Analogumsetzung (15) jeweils in ein analoges Pseudosignal umgesetzt werden, im Multiplexbetrieb diese analogen Pseudosignale über einen Ausgang des Sensors (1) und eine Übertragungsstrecke (3) einem Signaleingang des Empfängers (4) zugeführt werden, der Signaleingang mit einem Analog-Digitalumsetzer (5) gekoppelt ist, der die analogen Pseudosignale in empfängerseitige Kurzdatenworte (MSN, LSN) umwandelt, wobei die Stellenzahl durch die Stellenzahl entsprechenden Kurzdatenwort (MSN, LSN) im Sensor (1) vorgegeben sind, und die Stellen zusammengehöriger Kurzdatenworte (MSN, LSN) stellenrichtig wieder zu einem empfängerseitigen Datenwort zusammenfügt, das dem ursprünglichen Datenwort entspricht. Method for data transmission from a sensor (1) to a receiver (4), characterized in that each original data word is decomposed in place into at least two separate short data words (MSN, LSN), whereby the number of respective digits becomes smaller than in the case of the original data word, the separated short data words (MSN, LSN) are respectively converted into an analog pseudo signal by means of a digital-to-analog conversion (15), in multiplex mode these analog pseudo signals are fed via an output of the sensor (1) and a transmission path (3) to a signal input of the receiver (4), the signal input is coupled to an analog-to-digital converter (5), which converts the analog pseudo signals into receiver-side short data words (MSN, LSN), the number of digits being given by the number of digits corresponding to the short data word (MSN, LSN) in the sensor (1), and the positions of associated short data words (MSN, LSN) are correctly reassembled to form a receiver-side data word which corresponds to the original data word. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragung der Kurzdatenworte (MSN, LSN) mittels eines modifizierten Multiplexbetriebes erfolgt, wenn sich die Daten im höherwertigen Kurzdatenwort (MSN) zwischen aufeinanderfolgenden Datenworten nicht ändern.Method according to Claim 1, characterized in that the short data words (MSN, LSN) are transmitted by means of a modified multiplex operation if the data in the high-order short data word (MSN) does not change between successive data words. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im modifizierten Multiplexbetrieb nur die niederwertigen Kurzdatenworte (LSN) übertragen werden. A method according to claim 2, characterized in that only the low-order short data words (LSN) are transmitted in the modified multiplex operation. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterscheidung zwischen den zusammengehörigen und nicht zusammengehörigen Kurzdatenworten (MSN, LSN) durch unterschiedlich lange Pausen erfolgt.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the distinction between the related and not related short data words (MSN, LSN) takes place by pauses of different lengths. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass den Kurzdatenworten (MSN, LSN) zur Unterscheidung getrennte Aussteuerbereiche des Sensorausganges zugeordnet sind.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the short data words (MSN, LSN) are assigned to distinguish separate control ranges of the sensor output. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass den Kurzdatenworten (MSN, LSN) zur Unterscheidung getrennte Stromflussrichtungen des Sensorausganges zugeordnet sind.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the short data words (MSN, LSN) are assigned for distinguishing separate current flow directions of the sensor output. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die getrennte Stromflussrichtung mittels eines umschaltbaren Lastwiderstandes (RL) auf der Übertragungstrecke (3) erzeugt wird, dessen von der Übertragungsstrecke abgewandtes Ende zwischen einer oberen und unteren Spannung (VDD, VSS) umschaltbar ist.A method according to claim 6, characterized in that the separate current flow direction by means of a switchable load resistor (RL) on the transmission path (3) is generated, which remote from the transmission path end between an upper and lower voltage (VDD, VSS) is switchable. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltung des Lastwiderstandes (RL) durch einen I/O-Anschluss des Empfängers (I/O) erfolgt.A method according to claim 7, characterized in that the switching of the load resistor (RL) by an I / O port of the receiver (I / O) takes place. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Kurzdatenworte (MSN, LSN) definiert mittels eines Steuersignals vom Empfänger (4) abrufbar sind.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that short data words (MSN, LSN) defined by means of a control signal from the receiver (4) are retrievable. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal dem Sensor (1) über einen getrennten Eingang oder einen Versorgungsanschluss (VDD) zugeführt wird.A method according to claim 9, characterized in that the control signal to the sensor (1) via a separate input or a supply terminal (VDD) is supplied. Sensor (1) mit einem Datenausgang zur Übertragung eines aus einem Sensorsignal gebildeten Datenwortes an einen Empfänger (4), dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1) Einrichtungen (10, 11, 12) enthält, die jedes ursprüngliche Datenwort stellenmäßig in mindestens zwei getrennte Kurzdatenworte (MSN, LSN) mit geringerer Stellenzahl als bei dem ursprünglichen Datenwort zerlegen, eine von einer Steuereinrichtung (14) gesteuerte Multiplexeinrichtung (13) enthält, welche an die Einrichtung (10, 11, 12) angeschlossen ist, um die analogen Pseudosignale zeitlich zu trennen, eine Digital-Analogumsetzung (15) im Signalweg nach der Multiplexeinrichtung (13) enthält, um die getrennten Kurzdatenworte (MSN, LSN) jeweils in ein analoges Pseudosignal umzusetzen, und einem Verstärker (16) zwischen der Multiplexeinrichtung (13) und dem Ausgang des Sensors (1), der die erforderliche Leistung für die Übertragung liefert. Sensor (1) with a data output for transmitting a data word formed from a sensor signal to a receiver (4), characterized in that the sensor (1) includes means (10, 11, 12) for decomposing each original data word into at least two separate short data words (MSN, LSN) with a lower number of digits than the original data word, a multiplexing device (13) controlled by a control device (14), which device is connected to the device (10, 11, 12) in order to temporally separate the analogue pseudo signals, a digital-to-analogue conversion (15) in the signal path after the multiplexing device (13) to convert the separated short data words (MSN, LSN) respectively into an analog pseudo signal, and an amplifier (16) between the multiplexing means (13) and the output of the sensor (1) providing the power required for transmission.
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