JP4047402B2 - ２つのステーション間のシリアルデータ交換装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２つのステーション間のシリアルデータ交換装置であって、各ステーションは１つのシリアルインターフェースを有し、各シリアルインターフェースは共通のデータ伝送線路に接続されている、２つのステーション間のシリアルデータ交換装置に関している。
【０００２】
【従来の技術】
２つのステーション間のシリアルデータ交換装置は、の公知文献“ＢＭＷ−Ｏｎ−Ｂｏａｒｄ−Ｄｉａｇｎｏｓｅ， ＶＤＩ−Ｂｅｉｃｈｔｅ Ｎｒ．６１２，１９８６，３８７頁〜４０１頁（Ｈ．Ｅ．Ｓｃｈｕｒｋ，Ｗ．Ｗｅｉｓｈａｕｐｔ，Ｓ．Ｂｏｕｒａｕｅｌ著）”から既に公知である。この文献に紹介されている構想では自動車内に組み込まれている自動車用制御装置と外部から接続可能な保守点検用テスタとの間でデータ交換が行われる。データの伝送のためには２つの伝送方向に対してデータ伝送線路ＴＸＯが使用される。しかしながら保守点検用のテスタから自動車用制御装置へのデータ伝送と自動車用制御装置から保守点検用テスタへのデータ伝送は時間的にずらされて行われる。この場合時間的に平行して両方向で伝送を行うことは不可能である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、前述したような従来技術における欠点に鑑みこれを解消すべく改善を行うことである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば上記課題は、データ伝送の際に各ステーションから伝送されるビット状態"１"又は"０"に応じてデータ伝送線路上に４つの異なる電圧レベルＵ_Ｂａｔ，２／３Ｕ_Ｂａｔ，１／３Ｕ_Ｂａｔ，２／７Ｕ_Ｂａｔを生ぜしめる手段が設けられており、
前記各ステーションには、データ受信の際に前記４つの可能な電圧レベルＵ_Ｂａｔ，２／３Ｕ_Ｂａｔ，１／３Ｕ_Ｂａｔ，２／７Ｕ_Ｂａｔのうちのそれぞれ２つに一方の所定のビット状態"１"又は"０"を対応させ、その他の２つの電圧レベルにそれぞれ他方の所定のビット状態"０"又は"１"を対応させる手段が設けられるようにして解決される。
【０００５】
請求項１及び６の特徴部分に記載の本発明による装置によって得られる利点は、唯１つの伝送線路を介して同時にデータの両方向の伝送（全二重通信）が可能になることである。この場合比較的多くの回路コストは必要とされず、むしろ２つの別個のデータ伝送線路を用いた全二重通信の場合よりも伝送線路が１本節約される。また別の面では唯１つの伝送線路を介して半二重通信が行われる前記従来技術による構成に比べてデータ交換に対する時間的コストがほぼ半減される。これにより比較的大きな情報密度を得るためにデータ交換を拡張することが可能となる。さらに有利には自動車用制御装置におけるデータ交換のための所要伝搬時間が低減される。
【０００６】
さらに別の利点は、その固有の送信からの反射信号がもはや何も受信されないことである。それ故に自動車用制御装置の開発においては、受信した反射信号と、外部から接続可能な機器から送信された信号とを区別するためのあるいは反射信号を排除するためのプログラムコストもハードウエアコストも必要としない。
【０００７】
本発明の別の有利な実施例及び改善例は従属請求項に記載される。従属請求項２及び４に記載の手段は、例えば自動車用制御装置であり得る第１のステーションの有利な実施例である。このステーションは、データの受信の際にはデータ伝送線路上の異なる電圧レベルが評価され、データの送信の際にはデータ伝送線路を介して電流の投入接続と遮断がなされるように構成されている。
【０００８】
従属請求項３及び５による手段は、例えば診断装置又は適用機器であり得る第２のステーションの有利な構成例である。この第２のステーションは、データの送信の際にデータ伝送線路にビット状態に応じて所定の電圧電位が印加されるように構成される。データ伝送線路を介したデータの受信の際には第２のステーションによってデータ伝送線路上の電流が評価される。
【０００９】
請求項６による実施形態では唯１つのデータ伝送線路を介した両伝送方向でのデータの同時伝送も許容される。この場合では第２のステーションによってデータ伝送線路を介して流れる電流が評価されるのではなく、第１のステーションのように異なるビット状態が異なる電圧レベルに基づいて識別される。総じてデータ伝送線路上の４つの電圧レベルが可能である。
【００１０】
請求項７によれば第１のステーションが２つの比較的高い電圧レベルに例えばビット状態“１”を対応させ、下方の２つの電圧レベルにビット状態“０”を対応させる。第２のステーションは最大電圧レベルと２番目に低い電圧レベルにビット状態“１”を対応させ、２番目に高い電圧レベルと最低電圧レベルにビット状態“０”を対応させる。
【００１１】
請求項８には第２のステーションにおける供給された電圧レベルの評価に関する回路実施例が示されている。第１のステーションは第１の実施例に対して変化しない。
【００１２】
請求項９にはデータ伝送線路上で４つの異なる電圧レベルを設定するためのさらに有利で簡単な回路手段が示されている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。
【００１４】
図１には符号１０で自動車用制御装置が示されている。この制御装置は例えばエンジン制御装置、ブレーキ制御装置、変速機制御装置等である。自動車用制御装置１０は、データ伝送線路４０を介して外部からの診断機器２０と接続される。この診断機器２０と自動車用制御装置１０との間の接続は例えば工場における自動車の検査の際に形成される。その際自動車用制御装置１０は自動車自体の中に組み込まれたままである。外部からの診断機器２０を用いることによって例えば自動車用制御装置１０のエラーメモリを読み出したり、制御装置１０におけるソフトウエア−調整を行ったり、あるいは走行特性に変化が生じるか又は所定の部材の後からの組込などが必要となった場合に制御装置１０におけるメモリのプログラミング変更等を行うこともできる。
【００１５】
自動車用制御装置１０はマイクロコンピュータ１１を含んでいる。このマイクロコンピュータ１１には受信コンパレータ１２が接続されている。この受信コンパレータ１２の非反転入力側にはデータ伝送線路４０が接続されている。前記受信コンパレータ１２の反転入力側には基準電圧源１３が接続されている。この基準電圧源１３を介して基準電位Ｕ_Vが与えられる。データ伝送線路には自動車用制御装置の内部から保護抵抗１４も接続されている。この保護抵抗１４は別の側では電子スイッチ１５の一方の極にも接続されている。この電子スイッチ１５はさらにアース電位に接続されている。電子スイッチ１５の第２の切換極には休止電位が印加される。この電子スイッチが休止電位の印加供給を受けている場合には、伝送線路４０を介してアース電位にながれる電流は中断される。電子スイッチ１５は有利には半導体スイッチ、すなわちトランジスタとして構成される。このスイッチはマイクロコンピュータ１１からの相応の制御線路を介して操作される。
【００１６】
外部からの診断機器２０は自動車用制御装置１０の構造と類似している。この診断機器２０も同じようにマイクロコンピュータ２１を有している。このマイクロコンピュータ２１にも受信コンパレター２２が接続されている。この受信コンパレータの非反転入力側にはデータ伝送線路４０が接続されている。受信コンパレータ２２の反転入力側には固定の基準電位Ｕ_Vが印加される。これに対しては基準電圧源２３が用いられる。データ伝送線路４０には外部診断機器２０内部にて同様に保護抵抗２４が接続される。この保護抵抗２４の別の側は電子スイッチ２５にも接続される。この電子スイッチ２５もマイクロコンピュータ２１から制御される。自動車用制御装置１０との相違点はデータ伝送線路４０が外部診断機器２０内部にて抵抗２６を介して外部診断機器２０の供給電圧Ｕ_Batに接続されている点である。
【００１７】
図１による装置ではデータの伝送がデータ伝送線路４０を介して所定の時点でそれぞれ一方向においてしか行うことができない。これはシリアルデータ伝送線路４０を介した半二重通信に相応する。
【００１８】
例えば自動車用制御装置１０が外部診断機器２０へデータを伝送する場合を想定してみる。スイッチ１５はマイクロコンピュータ１１を介して、送信すべきデータの周期で開閉される。この時点では外部診断機器２０のスイッチ２５はその静止位置へ切換えられなければならない。それに伴ってデータ伝送線路４０上では電圧レベルが約０ボルトからＵ_Batの間で交互に入れ替わる。受信コンパレータ２２はそのつど供給された電圧と基準電位Ｕ_Vとを比較する。この基準電位Ｕ_Vは次のように選択される。すなわちデータ伝送線路４０上の電圧電位がＵ_Batから約０ボルトへあるいはその逆に変化した場合に受信コンパレータ２２の切換状態がそれぞれ切り替わるように選択される。マイクロコンピュータ２１は受信コンパレータ２２の出力側における切換状態を検出しそれと共に伝送されたデータ語を受信する。自動車用制御装置１０における受信コンパレータもデータ伝送線路４０上の同じ電圧レベルを評価する。それ故、送信された固有データの（障害的な）エコーが受信される。制御装置１０から外部診断機器２０へのデータの伝送の終了した後で初めて外部診断機器２０から同じ方式でそのデータが制御装置１０へ伝送される。
【００１９】
図２では図１と同じ構成素子に対しては同じ符号が付されている。そのためここでの説明の繰返しは省く。従ってここでの自動車用制御装置１０は図１の場合と同じ構造を有している。しかしながら外部診断機器２０の構造は図１の装置とは異なっている。外部診断機器２０から自動車用制御装置１０へのデータの送信に対しては電子スイッチ２７が設けられている。この電子スイッチ２７は２つの電圧電位Ｕ_Bat及びＵ_Lとの間で切換が可能である。電圧電位Ｕ_Lは電圧源３３を介して供給される。それによって外部診断機器２０から制御装置１０へのデータの送信の際にはデータ伝送線路４０上のレベル遷移が保証される。このレベル遷移は受信コンパレータ１２によっても識別され、その切換状態の変更を引き起こす。
【００２０】
制御装置１０の側からデータ伝送線路４０に供給される信号の評価に対しては、外部診断機器２０はデータ伝送４０上の電流を測定する手段を有する。そのために測定抵抗２８がデータ伝送線路４０に接続されている。この測定抵抗２８を介した電圧降下は相応のコンパレータ２９を用いて測定される。所定の電圧降下が存在する場合には、コンパレータ２９の出力側は、測定抵抗２８を介しての電圧降下が何も検出できない場合とは別の切換状態となる。コンパレータ２９の出力側はマイクロコンピュータ２１に接続されている。外部診断機器においては、データの評価は、伝送線路を介して電流が流れている状態と伝送線路を介して電流が流れていない状態の区別によってなされている。それに対して自動車用制御装置１０におけるデータの評価はそれぞれの電圧レベルがＵ_ｋ＞Ｕ_ＶなのかあるいはＵ_ｋ＜Ｕ_Ｖなのかを識別することによって行われる。つまり自動車用制御装置１０においてはデータ伝送線路を介して流れる電流が評価されるのではなく、データ伝送線路４０上に現れている電圧Ｕ_Ｋが評価される。
【００２１】
電圧の切換は外部診断機器２０においては次のように行われる。すなわちマイクロコンピュータ２１によってスイッチ２７が送信すべきデータの周期で２つの電圧電位Ｕ_LとＵ_Batの間で切換えられることによって行われる。具体的な実施例としては、電圧レベルＵ_Batには１２ボルトが、電圧レベルＵ_Lには約３ボルトが、そして電圧レベルＵ_Vには約６ボルトが提案される。
【００２２】
制御装置１０の側から外部診断機器２０へのデータ伝送は、既に前述したように次のことによって行われる。すなわちマイクロコンピュータ２１が、スイッチ１５を、送信すべきデータの周期で、データ伝送線路４０に接続させたり中断させることによって行われる。データ伝送線路４０を介した電流通流の実効値は、スイッチ１５が、アース電位とデータ伝送線路４０の間の接続を形成した場合にしか得られない。しかしながらこのようなスイッチ１５の２つの切換状態は、制御装置１０の受信コンパレータ１２によって識別することはできない。もちろんスイッチ１５が閉成された場合は、受信コンパレータ１２の非反転入力側における電圧は基準電位Ｕ_Ｖ以下に低下することはない。このことは、外部診断機器２０における測定抵抗２８を自動車用制御装置１０内の保護抵抗１４よりも著しく小さくすることによって保証される。
【００２３】
すなわちそれはデータ伝送線路４０を介して両伝送方向で同時にデータを伝送することを可能にする。従って信号の重畳による誤ったデータの伝送は避けられる。
【００２４】
図３には本発明の第２実施例が示されている。この図に示されている制御装置１０は図２による第１実施例と比べて変更がないのでこの構成についての詳細な説明は省く。外部診断機器２０の構造はしかしながら図２による装置と比べて異なっている。図１による外部診断機器２０と一致している構成要素には同じ符号が付されており、そのため再度の説明は省く。診断機器２０に対する相違は受信コンパレータ２２の反転入力側が２つの異なる基準電圧源Ｕ_VT1（３０）及びＵ_VT2（３１）に接続可能な点である。それに対してはスイッチ３２が設けられている。このスイッチ３２は２つの基準電圧源の間で切換可能である。スイッチ３２はスイッチ２５に結合されている。このスイッチ２５はマイクロコンピュータ２１からの同じ送信クロック信号によって切換られる。
【００２５】
抵抗１４，２４，２６の有利な選定によってはデータ伝送線路４０上で明確に区別可能な４つの電圧レベルが可能となる。１つの良好な選定は次のように行うことができる。すなわち抵抗２４を抵抗２６の大きさのほぼ半分にすることによって行うことができる。この場合診断機器２０のスイッチ２５を閉成し、同時に制御装置１０のスイッチ１５を開放するとＵ_Batの約１／３の電圧が生ぜしめられる。Ｕ_Batが１２ボルトであるならばこの電圧は４ボルトに相応する。さらに有利には抵抗１４が抵抗２６のほぼ倍となるように選定される。それにより制御装置１０のスイッチ１５が閉じられ同時に外部診断機器２０のスイッチ２５が開かれた場合にはＵ_Batの約２／３の電圧（＝８ボルト）が生ぜしめられる。このような抵抗の選定においてはスイッチ１５とスイッチ２５が閉じられた場合にはＵ_Batの２／７の電圧レベル（＝３．４ボルト）が生じる。
【００２６】
図４にはデータ伝送線路４０を介した両方向でのデータの同時伝送が示されている。図４のａにはスイッチ２５が閉じられているフェーズが示されている。この場合図示の信号のローフェーズはスイッチ２５の閉成フェーズに相応する。ハイフェーズ期間中はスイッチ２５は開放される。図４のｂにおいてそこに示されている信号のローフェーズはスイッチ１５の閉成フェーズを示している。ここでは一般的なケースが示されている。この場合スイッチ１５と２５におけるローフェーズとハイフェーズの間の移行経過は時間的に平行していない。
【００２７】
図４のｃは制御装置１０の受信コンパレータ１２の非反転入力側における入力信号が示されている。この信号は４つの異なる電圧レベル、すなわちＵ_Bat，２／３Ｕ_Bat，１／３Ｕ_Bat，２／７Ｕ_Bat，の間で変動している。受信コンパレータ１２は供給された信号を各時点において固定的に設定された基準電位Ｕ_Vと比較する。それにより受信コンパレータ１２の出力側において、図４のｃの下方部分に示されている出力信号５２が生じる。この信号は外部診断機器２０のマイクロコンピュータ２１から送信された信号（これは図４のａに示されている）に正確に相応する。すなわち制御装置１０はそれぞれ２つの上方の電圧レベルＵ_Bat，２／３Ｕ_Batにビット状態“１”を対応させる。相応に制御装置は２つの下方の電圧レベル１／３Ｕ_Bat，２／７Ｕ_Batにはビット状態“０”を対応させる。
【００２８】
図４のｄにはデータ伝送線路４０上の同じ信号がもう一度示されている。しかしながら付加的に電圧電位Ｕ_VT1，Ｕ_VT2が付されている。スイッチ２５が開いている場合には受信コンパレータ２２は非反転入力側における入力電圧を基準電圧電位Ｕ_VT2と比較する。スイッチ２５が閉じている場合には相応にスイッチ３２が閉じられ、受信コンパレータ２２は非反転入力側の入力電圧を基準電圧Ｕ_VT1と比較する。図４のｄの下方部分には受信コンパレータ２２の出力信号５３が示されている。この信号は制御装置１０のマイクロコンピュータ１１から送信された信号（これは図４のｂに示されている）に正確に相応する。
【００２９】
それによりこの実施例においてもデータはデータ伝送線路４０を介して同時に両方向で伝送され得る。しかしながら図３による回路はＵ_VT1，Ｕ_VT2の下での障害間隔が短いので（＋／−０．３ボルト）ステーション間で比較的大きなアースのずれが生じるか又は比較的大きな線路キャパシタンスが電圧レベルのひきずりに結び付くような適用には必ずしも適さない。そのような適用例では図２による回路が比較的大きな対障害性を提供する。もちろん前記抵抗のその他の選定や基準電圧電位のその他の選択により場合によっては比較的大きな障害電圧間隔が図３による回路においても達成可能である。
【００３０】
本発明はここに記載した実施例に限定されるものではない。そのため前記外部機器は、プログラムシーケンスや制御装置１０のデータを最適化する外部適用機器であってもよい。また本発明を自動車分野以外に使用することも当然考えられる。自動車に複数の電子制御装置が使用される場合においても（これらは全てシリアルバスで相互に接続されている）本発明は簡単に使用することができる。この場合外部診断機器がシリアルデータ伝送線路に接続され、通信に対してそれぞれ制御装置のうちの１つが選択される。この通信は前述したように両方向で同時に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の技術から公知の２つのステーション間のシリアルデータ交換装置の概略的なブロック回路図である。
【図２】本発明による２つのステーション間のシリアルデータ交換装置の第１実施例の概略的なブロック回路図である。
【図３】本発明による２つのステーション間のシリアルデータ交換装置の第２実施例の概略的なブロック回路図である。
【図４】ａは第２実施例による第２ステーションから送信されたビット流を示した図であり、ｂは第２実施例による第１ステーションから送信されたビット流を示した図であり、ｃはａとｂの同時送信されたビット流のもとでの第１ステーション側の電圧レベルの評価図であり、ｄはａとｂの同時送信されたビット流のもとでの第２ステーション側の電圧レベルの評価図である。
【符号の説明】
１０ 第１のステーション
１１ マイクロコンピュータ
１２ 受信コンパレータ
１３ 基準電圧源
１４ 保護抵抗
１５ 電子スイッチ
２０ 第２のステーション
２１ マイクロコンピュータ
２２ 受信コンパレータ
２７ 電子スイッチ
４０ データ伝送線路

Claims (5)

1. ２つのステーション間のシリアルデータ交換装置であって、各ステーションは１つのシリアルインターフェースを有し、各シリアルインターフェースは共通のデータ伝送線路に接続されているものにおいて、
   データ伝送の際に各ステーション（１０，２０）から伝送されるビット状態"１"又は"０"に応じてデータ伝送線路（４０）上に４つの異なる電圧レベルＵ _Ｂａｔ ，２／３Ｕ _Ｂａｔ ，１／３Ｕ _Ｂａｔ ，２／７Ｕ _Ｂａｔ を生ぜしめる手段（１４，１５，２４，２５，２６）が設けられており、
   前記各ステーション（１０，２０）には、データ受信の際に前記４つの可能な電圧レベルＵ _Ｂａｔ ，２／３Ｕ _Ｂａｔ ，１／３Ｕ _Ｂａｔ ，２／７Ｕ _Ｂａｔ のうちのそれぞれ２つに一方の所定のビット状態"１"又は"０"を対応させ、その他の２つの電圧レベルにそれぞれ他方の所定のビット状態"０"又は"１"を対応させる手段（１２，１３，２２，３０，３１，３２）が設けられていることを特徴とする、２つのステーション間のシリアルデータ交換装置。
2. 前記第１の所定のステーション（１０）はデータ受信の際に２つの最大レベル電圧Ｕ _Ｂａｔ ，２／３Ｕ _Ｂａｔ にビット状態"１"又は"０"を対応させ、２つの最低レベル電圧１／３Ｕ _Ｂａｔ ，２／７Ｕ _Ｂａｔ にビット状態"０"又は"１"を対応させ、前記第２の所定のステーションはデータ受信の際に最大電圧レベルＵ _Ｂａｔ と２番目に低い電圧レベル１／３Ｕ _Ｂａｔ にビット状態"１"又は"０"を対応させ、最低電圧レベル２／７Ｕ _Ｂａｔ と２番目に高い電圧レベル２／３Ｕ _Ｂａｔ にビット状態"０"又は"１"を対応させる、請求項１記載の２つのステーション間のシリアルデータ交換装置。
3. 前記第２の所定のステーション（２０）は受信コンパレータ（２２）を有しており、該受信コンパレータ（２２）はデータ伝送線路（４０）上の電圧レベルを２つの設けられている基準電圧源（３０，３１）の１つと比較し、スイッチ（３２）が設けられており、該スイッチ（３２）は第２のステーション（２０）から送信されたビットのタイミングで前記基準電圧源（３０，３１）の間の切換を行う、請求項１又は２記載の２つのステーション間のシリアルデータ交換装置。
4. データ伝送線路（４０）上に４つの異なる電圧レベルＵ _Ｂａｔ ，２／３Ｕ _Ｂａｔ ，１／３Ｕ _Ｂａｔ ，２／７Ｕ _Ｂａｔ を生ぜしめる手段として、前記第１の所定のステーション（１０）にてデータ伝送線路（４０）が第１の抵抗（１４）に接続され、該第１の抵抗（１４）は第１のスイッチ（１５）を介して供給電位（アース）に接続され、前記第２のステーション（２０）にてデータ伝送線路（４０）が第２の抵抗（２６）を介して供給電圧電位（ＵＢａｔ）に接続され、さらに供給電圧線路（４０）が第３の抵抗（２４）と第２のスイッチ（２５）を介して供給電位（アース）に接続され、前記第１から第３の抵抗（１４，２４，２６）は相互に整合されている、請求項１から３いずれか１項記載の２つのステーション間のシリアルデータ交換装置。
5. 前記第１の所定のステーション（１０）は、自動車に組込まれている自動車用制御装置、例えばエンジン制御装置、変速機制御装置、又はブレーキ制御装置であり、前記第２の所定のステーション（２０）は外部から接続可能な診断装置か又は適用装置である、請求項１から４いずれか１項記載のステーション間のシリアルデータ交換装置。

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