JP4942545B2 - データの双方向伝送の同期方法及びそれを使用したシステム - Google Patents

Description

本発明は、特許請求項１の上位概念に従ったデータの双方向伝送の同期方法に関する。

データが送信機と受信機間で伝送されるのに用いられる双方向のデータ伝送方法は公知である。これは設定されたビット長のフレームの伝送に基づいており、その際、各フレーム内には設定された第１のビット長が送信機から受信機へのデータ送信のために、かつ設定された第２のビット長が受信機から送信機へのデータ送信のために定められている。例えば送信機は第１のビット長で受信機からのデータを要求することができ、このデータを受信機は次に第２のビット長で送信機に伝送する。これに並行して受信機におけるデータ収集、例えばこれから送信機に伝送すべきデータの収集、をトリガするトリガパルスが双方向のデータ伝送方法とは無関係に送信機から受信機に伝送される。トリガパルスはその際、送信機と受信機間のデータ伝送とは全く無関係にかつ殊にそのパルス長については正確にはフレーム長に一致していない。この公知の方法によればトリガパルスはデジタル化されてから伝送され、その際、このデジタル化によって１ビットの長さにおける時間的な不正確さ、例えば約１μｓ、が生じる可能性がある。しかしながら、この種の時間的な不正確さは例えばエンコーダを用いた高解像度の位置測定といった多くの適用で許容不可能である。

従って本発明の課題は、トリガパルスと送信機および受信機間のデータ伝送との間のできるだけ正確な同期が可能となる方法を提供することである。

本発明の課題は特許請求項１の特徴を有する方法によって解決される。
本発明の有利な形態および発展は従属請求項に示されている。
設定されたビット長のフレームの伝送に基づく、本発明による送信機と受信機間のデータの双方向伝送の同期方法は、フレームが受信機から送信機へも送信機から受信機へもデータが伝送されないタイムスロットを有することならびにトリガパルスがこのタイムスロットにて送信機から受信機にデジタル化されない形式で伝送されることが特徴である。したがってトリガパルスのデジタル化が省略される、というのもトリガパルスを直接タイムスロットの範囲内で受信機に伝送しうるからである。このことによってデジタル化による時間的不正確さが回避されかつトリガパルスと受信機によるデータ収集との間の正確な同期が保証される。というのも、トリガパルスのデジタル化およびデータ伝送とは無関係に行なわれるトリガパルスの伝送によって引き起こされる時間的な遅延なしに、トリガパルスの立上がりが受信機に達するまさにその時点にデータ収集が実施されるからである。

好ましくはタイムスロットの長さは３から８ビットである。したがって、トリガパルス、殊に受信機におけるデータ収集をトリガするトリガパルスの立ち上がり、が伝送されることができる十分な長さのタイムスロットが用意される。

好ましくは第１のビット長および第２のビット長は若干の遅延ビット、特に４から７遅延ビット、によって分割されてフレーム内に配置されている。このことによって、まだデータが送信機から受信機に伝送されている間に受信機がデータの送信機への伝送を既に試みることが回避される。

本発明の有利な形態ではフレームの範囲内のタイムスロットは第１のビット長の範囲内に配置されている。これをもって、データが受信機から送信機に伝送されず、その結果、付加的な遅延ビットが不可欠ではないことが保証されている。

トリガパルス間隔は通常、正確にはフレーム長に一致していない。この場合には確かにトリガパルスの１回目の伝送の際には所定のタイムスロット範囲内での伝送がフレームの範囲内で行なわれるであろうが、しかしながら多数の伝送の間にタイムスロットの範囲内のトリガパルスはずれることになるだろう。トリガパルスがトリガパルス間隔とフレーム長が異なる場合にも常に所定のタイムスロットの範囲内で伝送されることを保証するために、本発明の特に有利な実施の形態の場合にはトリガパルス間隔に応じて１つもしくは複数のスタッフ・ビットが特に第１のビット長の直前に挿入される。挿入すべきスタッフ・ビットの数はこの際、先行する連続したフレーム間の先行するタイムスロット間におけるタイムスロット範囲内のトリガパルスの位置のずれから決定される。

付加的なビットの挿入にもかかわらず本質的に均一なデータ伝送が保証されうるために大量のスタッフ・ビットが必要である場合には殊に、スタッフ・ビットが複数のフレームにわたって均等に分布して挿入されることが好ましい。
スタッフ・ビットの数がＮ以上である場合、それぞれＮスタッフ・ビットが１つの同期フレームによって交換されることが好ましい。この種の同期フレームには、送信機と受信機間の同期に関しての付加的な情報、例えば受信機により認識されることができかつ更なる同期に使用されることができる定義済みのビットシーケンス、が含まれる。

送信機と受信機間の同期に関しての更なる情報を交換するのに既に５もしくは６ビットのビットシーケンスで十分であるので、好ましくはＮは５または６である。
通常第１のビット長の長さは少なくとも１４ビットであり、第２のビット長の長さは３０ビットである。第１のフレームの長さは、挿入されるスタッフ・ビットの数に応じて少なくとも６０ビットかつ最大１２０ビットである。

好ましくはデータは送信機の制御装置と受信機の測定ユニットとの間で交換され、その際、該測定ユニットは特に有利に位置測定ユニットとして形成されている、というのも、例えばシャフトエンコーダにおける、位置の測定の際に直接、高い精度ならびにトリガパルスと送信機および受信機間のデータ伝送との間の正確な同期が必要であるからである。

本発明によるシステムは、双方向にデータが伝送され、その際、このデータ伝送が先の請求項のいずれか１項に記載された方法に従って進行する送信機と受信機で構成される。その場合には好ましくはデータは送信機の制御装置と受信機の測定ユニットとの間で交換され、その際、殊に測定ユニットは位置測定ユニットとして、特にシャフトエンコーダとして、形成されている。
本発明を次の図につき詳説する。

図１には、通常の、かつ従って最小のビット長６０ビットを有するフレーム１０が示されている。フレーム１０の範囲内で該フレームの始めに、通常少なくとも１４ビットの長さを有しかつデータを送信機から受信機に伝送するために用意された第１のビット長２０が配置されている。これは例えばデータの要求であることができる。

フレーム１０の範囲内で双方向にデータが伝送される。したがって第１のビット長２０に、通常少なくとも３０ビットの長さを有しかつデータを受信機から送信機に伝送するために用意された第２のビット長３０が続いている。例えばこの第２のビット長で、送信機により要求されたデータが受信機から送信機に伝送される。しかも第２のビット長３０を図の上で第１のビット長２０に対して高さをずらして示すことによって、この場合にはデータがデータ回線を経て逆方向に伝送されることが示されている。

好ましくは第１のビット長２０と第２のビット長３０は若干の遅延ビット６０によって、特に４から最大７遅延ビット６０によって分割されており、この遅延ビットによって受信機から送信機へのデータ伝送が送信機から受信機へのデータ伝送と重ならないことが確実になる。７遅延ビット６０はこの場合には１．１２μｓの遅延に相当する。

第２のビット長３０にも若干の遅延ビット６５、特に４から最大７遅延ビット６５、が続いていることによってここでもデータ伝送の交差が排除される。
第１のビット長２０の範囲内には、データが送信機から受信機にもその逆にも伝送されないがトリガパルス、殊にトリガパルスの立ち上がり、が直接送信機の制御装置から受信機に伝送されるタイムスロット５０が配置されている。このことによって、時間的な遅延という結果になるところのトリガパルスのデジタル化が省略される。したがってトリガパルスとトリガパルスによってトリガされる受信機におけるデータ収集との間の正確な同期が保証される。タイムスロット５０の範囲内のトリガパルス４０が場合によってはずれた場合にもタイムスロット５０の範囲内のトリガパルス４０の伝送をなお保証するために、タイムスロット５０の長さは３から８ビットである。第１のビット長２０の長さはこのことによって通常１４ビットからタイムスロット５０についてのビットの相応する数だけ長くなり、したがって第１のビット長２０の長さは「少なくとも１４ビット」と記載されているのである。

トリガパルス４０の間隔とフレーム１０の長さが正確に互いに一致している場合には、各フレーム１０の範囲内のトリガパルス４０の立ち上がりは該フレーム１０に対して相対的に同位置でタイムスロット５０の範囲内で伝送される。しかしながら、トリガパルス４０が送信機と受信機間のデータ伝送とは全く無関係に生成されるため、これは通常あてはまらない。したがってトリガパルス４０の１回目の伝送の際には確かに所定のタイムスロット５０の範囲内の伝送はフレーム１０の範囲内で行なわれるであろうが、しかしながら多くのフレーム１０の伝送後にはタイムスロット５０の範囲内のトリガパルス４０はずれるであろう、しかも、トリガパルス４０の間隔がフレーム１０の長さより短ければトリガパルスは前のフレーム１０における伝送より早く生じ、そしてトリガパルス４０の間隔がフレーム１０の長さより大きければ前のフレーム１０における伝送の場合より遅く生じる。したがってそれぞれ２つの連続したフレーム１０におけるトリガパルス４０の位置の比較から、トリガパルス４０の間隔とフレーム１０の長さとの違いを推論することができる。トリガパルス４０がトリガパルス４０の間隔とフレーム１０の長さが異なる場合にも常に所定のタイムスロット５０の範囲内で伝送されることを保証するために、トリガパルス４０の間隔に応じて１つもしくは複数のスタッフ・ビット７０が第１のビット長２０の直前に挿入される。挿入すべきスタッフ・ビット７０の数はこの際、先行する連続したフレーム１０間におけるタイムスロット５０の範囲内のトリガパルス４０の位置のずれから決定される。というのもフレーム１０に対するトリガパルス４０の立ち上がりの位置がタイムスロット４０の範囲内で先行するフレーム１０からわかるからであり、かつトリガパルス４０の立ち上がりの位置がどれだけずれたかが検知されるからでもある。しかしながら、フレーム１０がビット有するのと同じの多さのスタッフ・ビット７０が挿入されるのが最大である、この場合にはつまり６０である。このように大量のスタッフ・ビット７０は、タイムスロット５０の範囲内のトリガパルス４０の立ち上がりの位置が前のフレーム１０に比べ想定よりわずかに早く存在する場合に必要である。このように多くのスタッフ・ビット７０が挿入されなければならない場合には、これらスタッフ・ビットは複数のフレーム１０にわたって好ましくは均等に分布して挿入される。例えば５０スタッフ・ビット７０が挿入されなければならない場合には、大量のスタッフ・ビット７０挿入される場合にも本質的に均一なデータ伝送を保証するために、これらは一塊の５０スタッフ・ビット７０として次の第１のビット長２０の前に挿入されるのではなく、例えば５個の連続したフレーム１０では各１０のスタッフ・ビット７０の塊ごとに、あるいは１０個の連続したフレーム１０では各５のスタッフ・ビット７０の塊ごとに挿入されることが好ましい。

スタッフ・ビット７０を有用情報の伝送にも使用するために、スタッフ・ビット７０の数がＮ以上であると同時にそれぞれにＮスタッフ・ビット７０は１つの同期フレームによって交換される。この種の同期フレームは、送信機と受信機間の同期に関しての付加的な情報、例えば受信機により認識されることができかつ更なる同期に使用されることができる定義済みのビットシーケンス、を含む。その際この定義済みのビットシーケンスはできるだけ多くのビット値交換（Bitwertwechsel）を有しかつ固定成分（Gleichanteil）を有さないことによって、受信機からのビットシーケンスのできるだけ信頼できる伝送および認識ならびにできるだけ正確な同期が保証される。送信機と受信機間の同期に関しての更なる情報を交換するのに既に５もしくは６ビットのビットシーケンスで十分であるので、好ましくはＮは５または６である。

本方法は好ましくは送信機の制御装置と受信機の測定ユニットとの間のデータ伝送に使用される。その際、該測定ユニットは殊に位置測定ユニットとして形成されている。正確な位置測定を保証できるようにするために、まさに位置測定ユニット、例えばシャフトエンコーダにとって時間的要求は特に高く、その結果、この場合にはトリガパルスと送信機と受信機間のデータとの間の正確な同期が特に有利に得られる。

本発明によるフレームの概略図が示されている。

符号の説明

１０ フレーム
２０ 第１のビット長
３０ 第２のビット長
４０ トリガパルス
５０ タイムスロット
６０，６５ 遅延ビット
７０ スタッフ・ビット

Claims (20)

1. 設定されたビット長のフレーム（１０）の伝送に基づく送信機と受信機間のデータの双方向伝送の同期方法であって、その際、各フレーム（１０）内には設定された第１のビット長（２０）が送信機から受信機へのデータ送信のために、かつ設定された第２のビット長（３０）が受信機から送信機へのデータ送信のために定められており、その際、送信機と受信機間のデータ伝送と並行しかつ無関係に送信機から、受信機におけるデータ収集をトリガするトリガパルス（４０）が受信機に送信されるデータの双方向伝送の同期方法において、
   フレーム（１０）が受信機から送信機へも送信機から受信機へもデータが伝送されないタイムスロット（５０）を有することならびにトリガパルス（４０）がこのタイムスロット（５０）にて送信機から受信機にデジタル化されない形式で伝送されることを特徴とするデータの双方向伝送の同期方法。
2. タイムスロット（５０）の長さが３〜８ビットであることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 第１のビット長（２０）および第２のビット長（３０）が遅延ビット（６０）によって分割されてフレーム（１０）内に配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
4. フレーム（１０）の範囲内のタイムスロット（５０）が第１のビット長（２０）の範囲内に配置されていることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
5. トリガパルスの長さに応じて１つもしくは複数のスタッフ・ビット（７０）をフレーム（１０）に挿入することを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
6. スタッフ・ビット（７０）を複数のフレーム（１０）にわたって均等に分布して挿入することを特徴とする請求項５記載の方法。
7. スタッフ・ビット（７０）の数がＮ以上である場合にそれぞれＮスタッフ・ビットを１つの同期フレームによって交換することを特徴とする請求項５または６記載の方法。
8. Ｎが５または６であることを特徴とする請求項７記載の方法。
9. 第１のビット長（２０）の長さが少なくとも１４ビットであることを特徴とする請求項１から８までのいずれか１項に記載の方法。
10. 第２のビット長（３０）の長さが３０ビットであることを特徴とする請求項１から９までのいずれか１項に記載の方法。
11. 第１のフレーム（１０）の長さが少なくとも６０ビットかつ最大１２０ビットであることを特徴とする請求項１から１０までのいずれか１項に記載の方法。
12. データを送信機の制御装置と受信機の測定ユニットとの間で交換することを特徴とする請求項１から１１までのいずれか１項に記載の方法。
13. 測定ユニットが位置測定ユニットとして形成されていることを特徴とする請求項１２記載の方法。
14. 位置測定ユニットがシャフトエンコーダとして形成されていることを特徴とする請求項１３記載の方法。
15. 双方向にデータが伝送され、その際、このデータ伝送が前記請求項１から１４までのいずれか１項に記載された方法に従って進行する送信機と受信機で構成されるシステム。
16. データが送信機の制御装置と受信機の測定ユニットとの間で交換されることを特徴とする請求項１５記載のシステム。
17. 測定ユニットが位置測定ユニットとして形成されていることを特徴とする請求項１６記載のシステム。
18. 位置測定ユニットがシャフトエンコーダとして形成されていることを特徴とする請求項１７記載のシステム。
19. 遅延ビット（６０）は４〜７遅延ビット（６０）の範囲内であることを特徴とする請求項３記載の方法。
20. １つもしくは複数のスタッフ・ビット（７０）を第１のビット長（２０）の直前に挿入することを特徴とする請求項５記載の方法。

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