专利名称：用于测量数据脉冲的方法和接收器的制作方法
用于测量数据脉冲的方法和接收器
背景技术：
在很多系统中，一直需要使用多个传感器来监测和报告数据。其中，例如踏板位置传感器、节流阀位置传感器、排气传感器、以及气压计式气压传感器能用来帮助监测和控制车辆内发动机的运行。过去，这些传感器大多通过单独的总线进行通信，并需要单独的控制电路以交换数据。这些总线以及相关的控制电路对于不仔细的修理工来说错综复杂，增加了车辆发动机舱的成本和复杂性。

发明内容
为了使车辆和其他类型的系统简单化，已经开发了通信协议，这些通讯协议允许一个或多个传感器根据预定的协议通过单引线来传输。本发明的多个方面旨在提供用于在这些和其他通信协议中测量数据脉冲的改进技术。


图1为示出根据某些实施例的包括发射器和接收器的通信系统的框图；图2为能从发射器传输到接收器的数据传输单元的波形示意图；图3为关于预期的发射器节拍(tick)间隔和接收器节拍窗口的数据脉冲；图4为示出根据某些实施例的接收器的框图；图5为描述根据某些实施例的方法的流程图；以及图6至图9示出了接收器的工作实例，其中，图7至图8示出了接收器如何能够实现相对高波特率的更详细的视图，并且其中图9至图10示出了接收器如何能够实现相对低波特率的更详细的视图。
具体实施例方式以下结合附图就要求保护的主题进行描述，其中，相同的参考数字始终表示相同的元件。在下面的描述中，为了解释的目的，阐述了许多具体细节以提供对所要求保护的主题的全面理解。但是明显地，所要求保护的主题没有这些具体细节也可以实施。例如，尽管下面讨论的实施例有关单边缘渐进传输(SENT)协议，但本发明也可以用于其他通信协议。在以前的SENT通信系统中，接收器通过过采样(oversampling)确定数据脉冲持续时间。在过采样过程中，接收器快速连续地在数据脉冲上的多个点处测量数据脉冲的电压幅值，然后将测量的电压列成表以确定数据脉冲的形状和持续时间。这需要进行大量的数据处理。对于希望尽可能快速响应发射器请求的接收器来说，这样过多的数据处理在通信过程中会形成瓶颈。此外，执行这种数据处理所需的电路会增加接收器的成本点。出于上述考虑，本发明人设计了这样的接收器，其利用改进的技术来确定数据脉冲的持续时间。具体地，本发明所公开的技术确定由同步(sync)脉冲的持续时间定义的节拍频率，其由在同步脉冲上均勻间隔的数量已知的节拍组成。然后通过设置节拍计数器以在整个数据脉冲持续时间以节拍频率增数(increment)，接收器对随后的数据脉冲中的节拍进行计数。可将数据脉冲中的节拍数量解码为对应于特定的数字数据值。由于这些技术不需要过采样来测量数据脉冲的持续时间，因此相对于以前的方案，本发明的接收器可提高性能并降低成本。现在参见图1，可看到根据某些实施例的通信系统100(例如，SENT通信系统)。 该通信系统100包括发射器102和接收器104，二者中的每一个均包括用于在传输信道 106(例如，单引线)上通信的接口。在信道106的一侧，发射器102包括编码器108、同步 (sync)脉冲发生器110和数据脉冲发生器112。在信道106的另一侧，接收器104包括脉冲检测器114、同步脉冲测量元件116和数据脉冲测量元件118。数据脉冲测量元件118与解码器120连接并包括节拍频率发生器122和节拍计数器124。在通信期间，发射器102利用如图2所示的数据传输单元组成的通信协议向接收器104发送数据。数据传输单元200包括同步(sync)脉冲202、多个数据脉冲204、和循环冗余校验(CRC)脉冲206。在每种脉冲下面的是灵活时间单位(flexible time unit)，称为“节拍”208。与节拍频率相对应的连续节拍之间的时间间隔210通过同步脉冲202的持续时间设置并用于对随后的数据脉冲和CRC脉冲204、206进行编码。这样，当发射器102 通过传输具有合适的持续时间的同步脉冲而设置节拍频率后，接收器104能够利用该节拍频率来对数据脉冲204和CRC脉冲206中节拍208的数量进行计数。由于每个数据脉冲中节拍208的数量对应于单独的数字值，因此这些数据脉冲204能被共同使用以将来自发射器102的信息传输至接收器104。为了实现该一般功能，发射器102在传输前选择期望的数据传输(或“波特”)率。 然后，同步脉冲发生器Iio传输同步脉冲202以具有表明所选数据传输率的持续时间。对于给定的同步脉冲而言，由于每个同步脉冲具有分布在其持续时间上的预定固定数量的多个节拍(例如，56个节拍)并且由于连续节拍通过对于给定同步脉冲的规则地重复的时间间隔210分离，因此同步脉冲202的持续时间的变化表示节拍频率的变化和相应的数据传输率变化。当发送同步脉冲202后，由此确定了用于数据传输单元200的节拍频率，发射器 102中的数据脉冲发生器112开始发送数据脉冲204。每个数据脉冲的通过节拍数测得的持续时间对应于其上编码的多比特值。例如，第一数据脉冲20 具有其上编码为“8”的4 比特半字节值，且第二数据脉冲204b具有其上编码为“3”的4比特半字节值。CRC脉冲206 以类似方式传输。为了准确地接收所传输的信息并对其解码，接收器104首先接收同步脉冲202。收到同步脉冲202后，脉冲检测器114通知同步脉冲测量元件116存在同步脉冲202。同步脉冲测量元件116确定同步脉冲持续时间并对节拍频率发生器122进行编程以便以时间间隔 210规则地发脉冲，从而再现节拍频率。一旦再现节拍频率，接收器104准备好测量数据脉冲持续时间。为实现上述目的， 脉冲检测器114首先通知同步脉冲测量元件118存在数据脉冲。然后，只要存在数据脉冲， 数据脉冲测量单元118就通过使节拍计数器124以由节拍频率发生器122生成的每个时间间隔210增数而对所接收的数据脉冲中节拍的数量进行“计数”。在数据脉冲的末端，获取节拍计数器1 中存储的节拍的数量。然后，解码器120对所获取的节拍数量进行解码，从而使得接收器104恢复所传输的数据值。接着，在下一个数据脉冲开始前，将节拍计数器124复位，这样可以类似的方式对下一个数据脉冲解码。需要注意的是，用于测量数据脉冲的这种技术不需要过采样。相反，以节拍频率发生器122提供的节拍频率来使接收器104中的节拍计数器IM增数。因此，本发明的技术可通过降低测量数据脉冲持续时间的复杂性来提高性能并降低成本。为说明可利用的一种编码/解码技术，图2被示出为使得每个数据脉冲O04a， 204b, ···)以低脉冲(212a,212b,...，相应地)开始，这些低脉冲在预定数量的节拍(例如，5个节拍)上保持为低。在低脉冲后，接着，每个数据脉冲O04a，204b，...)在至少最小数量的节拍(例如，7个节拍)上为高脉冲014a，214b，...，相应地)。因此，在图2的实例中，每个数据脉冲具有最小长度(例如，12个节拍)。数据脉冲持续时间的其余部分(例如，216a，216b，...)对应于该数据脉冲上编码的数据值。例如，第一数据脉冲20 在8个额外的节拍216a上保持为高，其对应于数据值“8”(例如，表示为4比特半字节“1000”)； 而第二数据脉冲204b在3个额外的节拍216b上保持为高，其对应于数据值“3” (例如，表示为4比特半字节“0011”)，等等。现在参见图3，可看到测量数据脉冲300的持续时间的另一个实施例。与图2的实例一致，数据脉冲300以低脉冲302开始，该低脉冲在预定数量的节拍(例如，5个节拍) 上保持为低，然后接着成为高脉冲304，该高脉冲在至少最小数量的节拍(例如，7个节拍) 上保持为高。高脉冲304后的其余节拍306表示数据脉冲中传输的数据值(例如，多比特数据值“0001”)。关于图3，需要注意的是接收器通过利用预期的发射器节拍间隔308和接收器节拍窗口 310对节拍进行计数的方式，其中，发射器节拍间隔和接收器节拍窗口相对于彼此偏置。具体地，接收器预期发射器从对应于表示数据脉冲300起点的转换电压的时间312 测量节拍间隔。相反，接收器根据接收器节拍窗口 310使其节拍计数器(例如，图1中的节拍计数器124)增数预期发射器节拍间隔308之间的约一半。其优点在于，相比于将接收器节拍窗口 310排列成直接对应于预期发射器节拍间隔308而言，其提供了容限(margin)更好的接收器。例如，即使发射器在预期发射器节拍窗口 308内比接收器预期的早一点或晚一点传输下降沿314，但由于接收器节拍窗口 310以预期发射器节拍间隔“13”为中心，因此接收器仍会对数据脉冲300的持续时间计算一个“13”节拍值。图4示出了接收器400更详细的实施例，该接收器400包括由基准时钟发生器 404、同步脉冲测量计数器406、以及同步计数寄存器408构成的同步脉冲测量元件402。接收器400还包括数据脉冲测量元件410，其包括节拍频率发生器412、节拍计数器414、以及数据寄存器416。节拍频率发生器412包括连接至基准时钟发生器404的累加器418和连接至同步计数寄存器408的逐位比较(bitwise comparison)元件420。如图所示，还可操作地连接有包括边缘检测器424(例如，下降沿检测器)的控制器422。当接收到同步脉冲后，边缘检测器4M通过控制器422通知同步脉冲测量元件。然后在同步脉冲的整个持续时间内，同步脉冲测量计数器406以基准时钟发生器产生的基准时钟信号的每个脉冲来增数。在同步脉冲的末端，同步计数寄存器408获得同步脉冲中基准时钟间隔的数量。例如，如果基准时钟以16MHz运行并且同步脉冲的持续时间为168 μ s， 则同步计数寄存器获得的值为2688。当接收到数据脉冲以与同步脉冲相关联后，边缘检测器4Μ通过控制器422通知数据脉冲测量元件410。在数据脉冲的起始点处，将累加器的增数预设为一初始值，然后在数据脉冲的整个持续时间中，以基准时钟的每个脉冲处的同步脉冲上所分布的节拍数(N) 来使累加器增数。例如，如果基准时钟以16MHz运行，并且同步脉冲的持续时间为36 μ s,则累加器在遇到基准时钟每个上升沿时增数56 (假设同步脉冲上分布有56个节拍)。以这样的方式，当累加器值达到同步计数寄存器中存储的值(这里为沈88)时，逐位比较器改变其输出状态，从而以信号告知下一个节拍间隔的开始。因此，逐位比较器420 的输出构成了类似的节拍时钟。只要存在数据脉冲，节拍计数器414就在节拍时钟的每个上升沿(即，以节拍频率)增数。在数据脉冲的末端，控制器422向数据寄存器416发送信号以获取节拍计数器 414中的当前值。这样，数据寄存器416获得给定数据脉冲中的节拍数。然后，解码器426 可对数据脉冲中的节拍数进行解码，以恢复在其上编码的多比特数据值。在某些实施例中，在每个数据脉冲的起点，累加器418被设定为同步脉冲中基准时钟数量的一半。例如，假设同步脉冲测量计数器存储的值为2688，则在第一数据脉冲的起点，可将累加器预设为1344。这可使得节拍计数器以如图3所示以预期发射器节拍间隔之间的约一半增数。图5示出了根据某些实施例的方法500。虽然将该方法示出并描述为如下的一系列动作或事件，但本发明公开并不限于这些动作或事件的所示顺序。对于本文公开的其他方法同样如此。例如，有些动作可以不同的顺序和/或与除本文所示和/或描述以外的其他动作或事件同时发生。此外，所示出的动作并不都是必须的，并且这些波形仅起示意性的作用，其他波形可明显不同于这些波形。此外，本文所描述的一个或多个动作可在一个或多个单独的动作或阶段进行。当该方法检测到与数据传输单元相关的同步脉冲起点时，该方法从步骤502开始。在某些实施例中，同步脉冲的起点可由波形的下降沿表示，尽管如此，在其他实施例中， 该起点也可由波形的上升沿表示。在步骤504，该方法测量同步脉冲的持续时间，其中，在同步脉冲上以一时间间隔均勻地间隔固定且预定数量的节拍。例如，在某些实施例中，可在每个同步脉冲上分布56 个节拍。但是，在其他实施例中，在每个同步脉冲上也可分布多于或少于56个的节拍。在步骤506，检测用于数据传输单元的数据脉冲。数据单元的起点可由波形的下降沿表示，尽管如此，在其他实施例中该起点也可由波形的上升沿表示。在步骤508，该方法在第一数据脉冲的整个持续时间期间通过以第一时间间隔周期性地增加节拍计数值来测量数据脉冲的持续时间。在步骤510，该方法将数据脉冲末端处的节拍计数值与数据脉冲上编码的多比特
数字值相关联。在步骤512，该方法确定在数据传输单元中是否检测到另一个数据脉冲。如果是 (步骤512的“是”)，该方法返回至步骤506-510并通过利用步骤504中同步脉冲的时间间隔来测量该另一个脉冲的持续时间，然后对相应的节拍计数值进行解码以得到该另一个脉冲的多比特数字值。如果在数据传输单元中未检测到另一个数据脉冲(步骤512的“否”)，则该方法继续进行步骤514以确定是否检测到用于另一个数据传输单元的另一个同步脉冲。如果检测到另一个同步脉冲，则该方法返回至步骤504并测量该同步脉冲的持续时间。也可以测量并解码用于该另一个数据传输单元的一个或多个数据脉冲。通常，每个同步脉冲具有不同的持续时间，这些不同的持续时间为不同数据传输单元设置节拍之间的不同时间间隔。这样，该方法可随时间推移建立不同的数据传输率以用于不同的数据传输单元。工作实例图6至图10共同示出了一工作实例，其中，示出了发射器和接收器以变化的波特率交换数据的方式。图6示出了一概略图，其中，第一数据传输单元602以相对高的波特率传输，而第二数据传输单元604以相对低的波特率传输。由于空间有限，第二数据传输单元 604仅表示为同步脉冲，但应理解第二数据传输单元604通常包括一个或多个数据脉冲和一个CRC脉冲(未示出)。值得注意的是，在第一数据传输单元602中，相对短的同步脉冲在节拍之间设置相对短的时间间隔，这样趋向于促进较高的数据传输率。相反，在第二数据传输单元604中，相对长的同步脉冲在节拍之间设置相对长的时间间隔，这样趋向于促进相对低的数据传输率。在本工作实例中，假设接收器具有以3. 3MHz运行的基准时钟，并且发射器和接收器都确知每个同步脉冲上将分布56个节拍。尽管本文提供了多个近似为数字的数值，但应理解，这些数值仅为实例，并不限制本发明公开的范围。此外，尽管本文仅示出了两种数据传输率，但应理解，发射器和接收器可在连续的数据传输率之间适应性地变化以实现所需的功能。现在参见图7至图8，可看到图6中的第一数据传输单元602的更详细的视图。在第一数据传输单元的起点，接收器接收持续时间为168μ S的同步脉冲。为确定该同步脉冲的持续时间，接收器对同步脉冲中基准时钟的数量进行计数。在该实例中，接收器计数有基准时钟的560个周期，该过程可通过利用同步脉冲计数器来完成(例如，如图4所示)。图8示出了接收器如何能够对数据脉冲进行解码的更详细的视图(例如，图7中的半字节1)。如图所示，同步脉冲计数器802存储在同步脉冲中基准时钟循环的数量(本实例中为560)。在数据脉冲的起点，将累加器804预设为同步脉冲计数值的一半(本实例中为观0)。然后，在基准时钟806的每个脉冲处，累加器值增加56，其为每个同步脉冲的节拍数。所存储的同步脉冲计数器值802(本实例中为560)和累加器输出值804之间的逐位比较提供具有节拍频率的节拍时钟808。节拍计数器810根据节拍频率增数，从而准确地确定数据脉冲中的节拍数量(这里，半字节1中有12个节拍)。然后，可对数据脉冲中的节拍数量进行解码，以得到本实例中为“0”的半字节值。对半字节值进行解码后，节拍计数器能在下一个数据脉冲的起点复位为观0。图9至图10示出了图6所示的第二数据传输单元604的更详细的视图。在图8 中，可以看到，对于第二数据传输单元604，接收器接收持续时间为554. 4μ s的同步脉冲。 接收器再次对同步脉冲中基准时钟的数量进行计数。在该实例中，接收器计数了基准时钟的1848个周期。显而易见的是，较长的持续时间意味着节拍分布得更加分散，这样倾向于降低数据传输率。图10示出了同步脉冲计数器802、累加器804、基准时钟806、逐位比较器808、以及节拍计数器810如何能够协助解码图9所示的第二数据传输单元604的数据脉冲的更详细的示意图。如图所示，在第一数据脉冲的起点，累加器804可设置为同步脉冲计数值的一半(这里为924)。然后，在每个基准时钟脉冲处，累加器的值增加56，其为每个同步脉冲的节拍数量。累加器输出值和存储的同步脉冲计数器值之间的逐位比较提供具有节拍频率的节拍时钟。这里，节拍频率低于图7-8所示的，从而反映出相对低的数据传输率。节拍计数器根据节拍频率增数，从而准确地确定和解码数据脉冲中节拍的数量。尽管已经通过一个或多个实施例示出和描述了本公开，但本领域技术人员基于对本说明书和所附附图的阅读和理解将进行等效的变化和改变。本公开包括所有这样的改变和变化并仅由所附权利要求书的范围进行限定。尤其是对于上述部件(例如，元件和/或资源)执行的多种功能而言，除非另行说明，否则，用于描述这些部件的术语都旨在与执行所述部件(例如，功能方面等同的部件)的具体功能的任何部件相对应，即使其在结构上与执行本公开示意性实施例中功能的所公开结构并不等同。此外，尽管本公开的特定特征可能已通过其中的一个实施例公开，但如果需要并对任何给定的或具体的应用有利的话，该特征也可与其他实施例的一个或多个其他特征相结合。此外，本申请和所附权利要求中的冠词“一”将被解释为“一个或多个”。此外，就详细说明的说明书或权利要求书中使用的术语“包含”、“含有”、“具有”或其他变型来说，这些术语旨在以与术语“包括”相似的方式理解为包含性的。
权利要求
1.一种方法，包括测量第一同步脉冲的持续时间，其中，无论所述第一同步脉冲的持续时间如何，在所述第一同步脉冲上以第一时间间隔均勻地间隔有预定固定数量的节拍；在第一数据脉冲的整个持续时间内，通过以所述第一时间间隔周期性地增加节拍计数值来测量第一数据脉冲的持续时间；以及使所述第一数据脉冲末端处的所述节拍计数值与所述第一数据脉冲上编码的第一数字值相关联。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括测量第二同步脉冲的持续时间，其中，在所述第二同步脉冲上以第二时间间隔均勻地间隔有预定固定数量的节拍；其中，所述第二同步脉冲的持续时间不同于所述第一同步脉冲的持续时间，并且其中， 所述第二时间间隔不同于所述第一时间间隔。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括在所述第二数据脉冲的整个持续时间内，通过以所述第二时间间隔周期性地增加所述节拍计数值来测量所述第二数据脉冲的持续时间；以及使所述第二数据脉冲的末端处的所述节拍计数值与所述第二数据脉冲上编码的第二多比特数字值相关联。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，使节拍与大致上以预期的发射器节拍时间为中心的接收器节拍窗口相关联。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一数字值为多比特值。
6.一种接收器，包括；同步脉冲测量元件，适于确定同步脉冲的持续时间，其中，所述同步脉冲具有根据节拍频率均勻地分布在所述同步脉冲上的预定固定数量的节拍；数据脉冲测量元件，适于使节拍计数器以所述节拍频率在整个数据脉冲上增数，以确定所述数据脉冲中的节拍数量；以及解码器，适于使所述数据脉冲末端处的节拍计数值与所述数据脉冲上编码的多比特数据值相关联。
7.根据权利要求6所述的接收器，其中，所述接收器适于接收具有不同持续时间的分离的同步脉冲；并且其中，所述同步脉冲中的每一个均具有分布在其持续时间上的预定固定数量的节拍。
8.根据权利要求6所述的接收器，其中，节拍与大致上以预期的发射器节拍时间为中心的接收器节拍窗口相关联。
9.根据权利要求6所述的接收器，其中，在所述数据脉冲的起点处，所述节拍计数器被设定为一非零值。
10.根据权利要求6所述的接收器，其中，所述数据脉冲测量元件包括用于提供所述节拍频率的频率发生器。
11.一种接收器，包括；基准时钟发生器，适于以基准时钟间隔提供基准时钟信号；同步脉冲测量元件，适于确定在第一数据传输单元中与第一同步脉冲的第一持续时间相对应的基准时钟间隔的数量，其中，根据第一节拍频率在所述第一同步脉冲上均勻分布有数量确定且预先确定的节拍；节拍频率发生器，适于在所述第一数据传输单元中在第一数据脉冲期间产生第一节拍频率；节拍计数器，适于在整个所述第一数据脉冲中，以第一节拍频率增加节拍计数器值，从而确定所述第一数据脉冲中的节拍数量。
12.根据权利要求11所述的接收器，其中，所述节拍频率发生器包括累加器，适于在整个第一数据脉冲中，在每个基准时钟间隔，通过所述预定固定数量的节拍来使所述累加器值增加；以及逐位比较器，适于将所述累加器值与所述第一同步脉冲中的时钟间隔数相比较，从而以所述第一节拍频率提供一节拍时钟信号。
13.根据权利要求11所述的接收器，其中，所述同步脉冲测量元件还适于确定在第二数据传输单元中与第二同步脉冲的第二持续时间相对应的基准时钟循环的数量；其中，所述第二持续时间不同于所述第一持续时间，并且其中，根据不同于所述第一节拍频率的第二节拍频率在所述第二同步脉冲上均勻地分布预定固定数量的节拍。
14.根据权利要求13所述的接收器，其中，所述节拍频率发生器还适于在所述第二数据传输单元中在第二数据脉冲期间产生所述第二节拍频率；并且其中，所述节拍计数器还适于在整个第二数据脉冲中使所述节拍计数器值以所述第二节拍频率增加，从而确定所述第二数据脉冲中的节拍数量。
15.根据权利要求14所述的接收器，还包括解码器，其适于分别使所述第一数据脉冲和所述第二数据脉冲中的节拍数量与所述第一数据脉冲和第二数据脉冲中编码的第一多比特数据值和第二多比特数据值相关联。
全文摘要
本发明公开的一些实施例涉及一种用于测量数据脉冲的方法和接收器。在该方法中，测量第一同步脉冲的持续时间。无论第一同步脉冲的持续时间如何，在第一同步脉冲上以第一时间间隔均匀地间隔有预定固定数量的节拍。在第一数据脉冲的整个持续时间中，通过以第一时间间隔周期性地增加节拍计数值来测量第一数据脉冲的持续时间。然后，使第一数据脉冲末端处的节拍计数值与第一数据脉冲上编码的第一数字值相关联。
文档编号G01R29/02GK102183695SQ201110020720
公开日2011年9月14日 申请日期2011年1月18日 优先权日2010年1月18日
发明者安德烈亚斯·科洛夫, 迪特马·柯尼希 申请人:英飞凌科技股份有限公司