Ziel dieser Arbeit ist es, eine Bitübertragungsschicht für einen Sensor-Aktor-Bus im Kfz zu entwerfen. Die Randbedingungen lauten hierbei kostengünstige Realisierbarkeit bei hohen Stückzahlen, Standardisierbarkeit und gute Adaption an die Umweltbedingungen in Hinblick auf Störemissionen und Störfestigkeit. Bei dem Thema EMV stellt sich zuerst die Frage, ob die Datenübertragung elektrisch oder optisch erfolgen soll. Im Bereich der Sensor-Aktor-Kommunikation bietet die elektrische Datenübertragung Vorteile gegenüber der optischen. Die Gründe hierfür sind die höheren Kosten eines optischen Systems, die wesentlich aufwändigere Handhabung der Lichtwellenleiter beim Einbau in das Kfz sowie die höhere Temperaturbeständigkeit und die einfachere Realisierung von Y-Stellen der elektrischen Lösung. Ebenso können derzeit nur sehr geringe Energiemengen über optische Medien übertragen werden, so dass auch einfache Slave-Teilnehmer nicht ausreichend damit versorgt werden können. Das wesentlich bessere Störverhalten der optischen Übertragung wiegt diese Nachteile derzeit nicht auf. Die Untersuchung setzt bei der Taktrückgewinnung an, da die Präzision der Oszillatoren von den Umweltbedingungen (Temperatur, Vibration) abhängig ist und sehr starken Einfluss auf den Gesamtpreis hat. Um ein effizientes Protokoll verwenden zu können, ist es notwendig, kurze Zeiten zwischen dem Zugriff zweier verschiedener Teilnehmer zu ermöglichen. Die derzeit im Kfz eingesetzten Kommunikationssysteme UART, LIN oder CAN bieten nicht die Möglichkeit, kostengünstige Oszillatoren, für hohe Datenüber-tragungsraten zu verwenden. Zunächst wurde der Ansatz einer Bit-weisen Taktrückgewinnung wie bei der Manchester-Codierung verfolgt. Die Unterteilung eines Manchester-Symbols in zwei Sigalzustände erzeugt höhere Frequenzanteile im Leistungsdichtespektrum. Diese bedingen allerdings Nachteile bei der Störemission im Kfz. Hieraus entstand die Forderung nach einer NRZ-Codierung, bei welcher nach jedem Bit eine Synchronsation des Taktes möglich ist. Durch die Verwendung eines dritten Signalzustandes konnte eine Ternär-Codierung eingesetzt werden, welche eine Bit-weise Taktrückgewinnung ermöglicht. Die ternären Bustreiber wurden prototypisch durch zwei antiparallel verschaltete CAN-Transceiver realisiert. Vergleichsmessungen sowie die Bestimmung der Leistungsdichtespektren der Codierungen ergaben, dass das EMV-Verhalten der Ternär-Codierung nicht schlechter als das der NRZ- oder der Manchester-Codierung ist. Weiter wurde ein Ansatz entworfen, durch welchen die Kurzschlussfestigkeit einer der beiden Leitungen nach Fahrzeugmasse oder nach Batteriespannung ohne Verwendung von Übertragern ermöglicht werden kann. Diese Erweiterung hat allerdings negativen Einfluss auf die Taktabweichungstoleranz des Kommunikationsteilnehmers. Für die Realisierung der Bitübertragungsschicht gibt es mehrere Möglichkeiten die Einzelkomponenten zu integrieren. Diese hängen stark von der Marktdurchdringung, der Stückzahlentwicklung sowie den Strategien der Halbleiterhersteller ab. Wie bei anderen Kommunikationssystemen, welche in Serie verfügbar sind, wird der Grad der Integration einzelner Komponenten mit der Höhe der Stückzahlen steigen.     «

Ziel dieser Arbeit ist es, eine Bitübertragungsschicht für einen Sensor-Aktor-Bus im Kfz zu entwerfen. Die Randbedingungen lauten hierbei kostengünstige Realisierbarkeit bei hohen Stückzahlen, Standardisierbarkeit und gute Adaption an die Umweltbedingungen in Hinblick auf Störemissionen und Störfestigkeit. Bei dem Thema EMV stellt sich zuerst die Frage, ob die Datenübertragung elektrisch oder optisch erfolgen soll. Im Bereich der Sensor-Aktor-Kommunikation bietet die elektrische Datenübertragung...     »

The target of this thesis is to develop a physical layer for a sensor-actuator-bus in compliance with low cost realization at a high volume, a possible standardization and good adoption to environment in regard to interference emission and radio interference. Because of the EMC the question for data transmission systems is: whether to use electrical or optical data transmission. The electrical data transmission in the vehicle offers advantages compared to the optical data transmission. The reasons therefor are, the higher price for the optical data transmission, the complex handling of the wiring harness and the integration in the vehicle as well as the low temperature compliance. Also it is not possible to realize optical “Y”-splits in the car. Optical cables are able to distribute only little power, so that smart sensors or actuators can not be supplied with enough energy. The better EMI immunity of the optical transmission system is not reason enough to integrate this technology into the vehicles. The focus of the research is the clock recovery, because the precision of the oscillators has a great impact on the price of an intelligent sensor. And the precision is strongly influenced by the environment. To install an efficient communication protocol it is necessary to realize short inter frame times by the physical layer. Current vehicle communication systems like UART, LIN or CAN do not offer the possibility to use very cheap oscillators for high data transmission rates. The first aim was the approach of a bit-wise clock-recovery, as used within the Manchester-coding. The division of a Manchester bit into two signal-conditions leads to higher frequency shares in the spectrum of the Manchester coding. These high frequent shares generate higher EMI-emissions. Because of these frequency requirements an NRZ-coding with clock synchronization after each Bit is needed. By using a third signal condition a ternary coding could be enhanced to these demands. The ternary bus-driver has been established prototypically with two reverse-parallel CAN-transceivers. Comparison measurements and calculating the power distribution spectrum of different codings showed that the EMC behavior of the ternary coding is not worse than the others like NRZ or Manchester. Furthermore a possibility has been developed to rise the short circuit performance of the bus-system. The tolerance to short one of the bus-lines to vehicle ground or to battery voltage could be established without using transformers. But this extension has a negative influence on the communication participant’s clock deviation tolerance. For the realization there are several possibilities to integrate the single components. They depend very strongly on the market situation, the volume and on the strategies of the semiconductor manufacturers. Like other communication systems available on the market, the integration of components improves with increasing volume.     «

The target of this thesis is to develop a physical layer for a sensor-actuator-bus in compliance with low cost realization at a high volume, a possible standardization and good adoption to environment in regard to interference emission and radio interference. Because of the EMC the question for data transmission systems is: whether to use electrical or optical data transmission. The electrical data transmission in the vehicle offers advantages compared to the optical data transmission. The reaso...     »