Bitübertragungschicht eines Kfz-tauglichen Sensor-Aktor-Busses (2004)

Ziel dieser Arbeit ist es, eine Bitubertragungsschicht fur einen Sensor-Aktor-Bus im Kfz zu entwerfen. Die Randbedingungen lauten hierbei kostengunstige Realisierbarkeit bei hohen Stuckzahlen, Standardisierbarkeit und gute Adaption an die Umweltbedingungen in Hinblick auf Storemissionen und Storfestigkeit. Bei dem Thema EMV stellt sich zuerst die Frage, ob die Datenubertragung elektrisch oder optisch erfolgen soll. Im Bereich der Sensor-Aktor-Kommunikation bietet die elektrische Datenubertragung Vorteile gegenuber der optischen. Die Grunde hierfur sind die hoheren Kosten eines optischen Systems, die wesentlich aufwandigere Handhabung der Lichtwellenleiter beim Einbau in das Kfz sowie die hohere Temperaturbestandigkeit und die einfachere Realisierung von Y-Stellen der elektrischen Losung. Ebenso konnen derzeit nur sehr geringe Energiemengen uber optische Medien ubertragen werden, so dass auch einfache Slave-Teilnehmer nicht ausreichend damit versorgt werden konnen. Das wesentlich bessere Storverhalten der optischen Ubertragung wiegt diese Nachteile derzeit nicht auf. Die Untersuchung setzt bei der Taktruckgewinnung an, da die Prazision der Oszillatoren von den Umweltbedingungen (Temperatur, Vibration) abhangig ist und sehr starken Einfluss auf den Gesamtpreis hat. Um ein effizientes Protokoll verwenden zu konnen, ist es notwendig, kurze Zeiten zwischen dem Zugriff zweier verschiedener Teilnehmer zu ermoglichen. Die derzeit im Kfz eingesetzten Kommunikationssysteme UART, LIN oder CAN bieten nicht die Moglichkeit, kostengunstige Oszillatoren, fur hohe Datenuber-tragungsraten zu verwenden. Zunachst wurde der Ansatz einer Bit-weisen Taktruckgewinnung wie bei der Manchester-Codierung verfolgt. Die Unterteilung eines Manchester-Symbols in zwei Sigalzustande erzeugt hohere Frequenzanteile im Leistungsdichtespektrum. Diese bedingen allerdings Nachteile bei der Storemission im Kfz. Hieraus entstand die Forderung nach einer NRZ-Codierung, bei welcher nach jedem Bit eine Synchronsation des Taktes moglich ist. Durch die Verwendung eines dritten Signalzustandes konnte eine Ternar-Codierung eingesetzt werden, welche eine Bit-weise Taktruckgewinnung ermoglicht. Die ternaren Bustreiber wurden prototypisch durch zwei antiparallel verschaltete CAN-Transceiver realisiert. Vergleichsmessungen sowie die Bestimmung der Leistungsdichtespektren der Codierungen ergaben, dass das EMV-Verhalten der Ternar-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 Ubertragern ermoglicht werden kann. Diese Erweiterung hat allerdings negativen Einfluss auf die Taktabweichungstoleranz des Kommunikationsteilnehmers. Fur die Realisierung der Bitubertragungsschicht gibt es mehrere Moglichkeiten die Einzelkomponenten zu integrieren. Diese hangen stark von der Marktdurchdringung, der Stuckzahlentwicklung sowie den Strategien der Halbleiterhersteller ab. Wie bei anderen Kommunikationssystemen, welche in Serie verfugbar sind, wird der Grad der Integration einzelner Komponenten mit der Hohe der Stuckzahlen steigen.