數字數據串行傳輸的通信接口及其對應的數據傳輸方法
2024-02-24 08:03:15 1
專利名稱：數字數據串行傳輸的通信接口及其對應的數據傳輸方法
在串行數據傳輸時，經常需要在速度、抗幹擾性、耗電等參數之間進行折衷。使用分開的數據線、時鐘線和控制線的同步傳輸在給定時鐘頻率的情況下能夠達到最高的數據傳輸率。但這種同步傳輸對幹擾特別敏感，因此只適合於應用在為識別多重錯誤的數據安全機制中。
其它方法，如時鐘再生的同步傳輸或異步傳輸，在同樣的時鐘頻率下特別緩慢。其中的原因在於為產生同步而必須傳輸的附加信息或必要的多次掃描。傳輸速率的提高只能通過成比例地增加耗電量而有限地實現。
本發明的目的是給出一種數字數據串行傳輸的通信接口以及一種按比特方式傳輸數字數據的串行數據傳輸方法，使用這種接口或這種方法能夠實現一種具有同步傳輸的高速優勢以及在時鐘和數據之間可靠同步的抗幹擾的串行傳輸方法。
眾所周知，為了保證一種足夠強的抗幹擾傳輸，通過屏蔽或限制長度可以使傳輸線路如此可靠，能夠識別單個的錯誤。在這種情況下，需要在控制線上用開始/結束同步信號對數據傳輸的開始和結束進行同步。比特同步是通過對開始和結束信號之間的時鐘數進行計數來監視的。數據本身通過奇偶校驗比特得到保護。
在時鐘再生的同步傳輸中，對有用信息進行編碼，以便所形成的比特流中包含足夠數量的邊沿變化(曼徹斯特編碼，零比特插入/刪除，4B/5B等)，據此，發送時鐘就能夠重新產生(比特同步)。開始/結束同步用特定的比特序列實現，這種比特序列不會在其餘的電報中出現(BOF、EOF)。其缺點是編碼之後要傳輸大量的數據(1.25到2倍)。其中起決定作用的是附加的開始/結束信號識別，特別是在傳輸少量信息時。
而在異步傳輸方法中，比特同步通過開始和結束比特實現。然而比特同步只能在有限的比特時間數內得到保證，因而要規律性地重複這種比特同步過程。電報的開始/結束同步象同步傳輸那樣採用顯式開始/結束識別的時鐘再生法實現。此時其缺點也是需要傳輸大量的數據。此外異步傳輸時必須進行多次掃描，使得要麼降低數據率，要麼提高耗電量。
本發明解決了這個問題，其中，在發射機內將要傳輸的部分信息，如數據、時鐘、數據傳輸的開始及結束，按特定的編碼方法轉換為特殊的狀態序列，在接收機內從將這些狀態序列重新變換成上述的部分信息。
為此設置一種數字數據串行傳輸的通信接口，其中，設置至少三根信號線，每根信號線都可有″高″電平或″低″電平，要傳輸的數據可以通過所述至少三根信號線(Tx0、Tx1、Tx2)中的兩根的電平變化來編碼，並因此通過從第一個電平n重點(Pegel-n-Tupel)到第二個電平n重點的轉換來編碼。
在僅設置三根信號線(Tx0、Tx1、Tx2)時，要傳輸的數據可以通過從第一個電平三重點到第二個電平三重點的轉換來編碼。由於所述通信接口例如也可以傳輸同步信息，″數據″一詞附加地至少還包括此種信息。
從第一個電平n重點到第二個電平n重點或第一個電平三重點到第二個電平三重點的允許轉換在一種編碼方案中確定，並可以以這種形式存儲到經過所述通信接口建立通信聯繫的通信站。因此，該編碼方案在接收機內尤其可用於錯誤的識別和抑制。
因此，按比特方式傳輸數字數據的串行數據傳輸方法是可行的，其中，設置至少三根信號線，每根信號線都可有″高″電平或″低″電平，要傳輸的數據可以通過所述至少三根信號線(Tx0、Tx1、Tx2)中的兩根的電平變化來編碼，並因此通過從第一個電平三重點到第二個電平三重點的轉換來編碼。
當要傳輸的數據比特通過所述至少三根信號線中的兩根的電平變化來編碼時，則這種數據傳輸對幹擾特別不敏感。
當至少兩根信號線的電平反向變化時，幹擾敏感性會進一步降低。
當數據傳輸的開始和結束可以通過所述至少三根信號線各自電平的逆轉來編碼時，只用一比特時間就能夠完成開始/結束同步，從而能夠在短電報時獲得更高的數據量。
下面藉助附圖所示實施例對本發明以及具有從屬權利要求的特徵其它有有利發明設計進一步說明。附圖中
圖1採用狀態圖示出狀態序列編碼原理；圖2示出具有狀態序列編碼的有用數據的傳輸。
按照下面圖1解釋確定的編碼方法，要傳輸的部分信息轉換為特殊的狀態序列。
圖1中的狀態圖展現六個節點以及定義在這些節點之間的轉換。每一個節點表示一個電平三重點或狀態三重點。在總線傳輸時，只使用001B、010B和100B三種狀態，因為在這些狀態三重點中在從第一個三重點到第二個三重點轉換時，恰有兩個電平反向變化。在這裡，從電平三重點001B到電平三重點010B的轉換表徵邏輯1的傳輸；從電平三重點001B到電平三重點100B的轉換表徵邏輯0的傳輸；依此類推。
在總線靜默R時，只使用110B、101B和011B三種狀態，因為從集合中的第一個狀態三重點到集合中的第二個狀態三重點轉換時，又是恰有兩個電平反向變化。
為了從數據傳輸T的工作模式轉到總線靜默R的工作模式，或從總線靜默R的工作模式轉到數據傳輸T的工作模式，需要一個開始/結束轉換。這種開始/結束轉換的特徵為所有三個電平的逆轉。當上一步的數據傳輸中傳輸的是從電平三重點010B轉換到電平三重點100B的邏輯1時，緊跟著的是從電平三重點100B到電平三重點011B的結束轉換。由此轉換到總線靜默R的工作模式，在此期間電平三重點110B所具有的電平施加到到所述三根信號線上。從這個總線靜默R的狀態通過開始轉換又回到數據傳輸T的工作模式，即電平三重點001B，其中，邏輯1表示為轉換到電平三重點010B，而邏輯0表示為轉換到電平三重點100B。
所述三根信號線的實際狀態分別通過狀態圖中的節點來表徵。在某個特定時刻，狀態圖中只有一個節點有效。狀態圖中各節點為某路徑上的相同位置定義在節點之間的轉換確定可能的路徑。狀態圖中沒有定義的轉換是不可能的；因此在圖1中例如不可能從電平三重點001B直接轉換到電平三重點011B。按圖1用狀態圖確定的編碼方法即為狀態序列編碼方法。此外也有可能應用數據保護機識別多重錯誤以及糾正錯誤。
圖2示出按照狀態轉移編碼原理進行數據傳輸的一個例子。不僅在發射機S內(圖中上三分之一的第一行)而且在接收機E內(圖中下三分之一的第一行)按比特順序顯示了數據D和D′。按傳統的方法，數據D和D′的特徵為″高″電平和″低電平″的轉換，其中藉助於時鐘信號C(分別為圖中上三分之一和下三分之一的中間行)可以確定多個相互緊接在一起的同類電平。當開始/結束導線為高電平時開始數據傳輸，當開始/結束導線重新變回低電平時結束數據傳輸(分別為圖中上三分之一和下三分之一的第三行)。
圖中中間三分之一表示的是傳輸線L即所述三根信號線(Tx0、Tx1、Tx2)上的信號序列，該信號序列按照發送數據D(圖中上三分之一的第一行)的狀態序列編碼得到。在接收機E內按照狀態序列編碼的編碼方法將發送數據D重新轉換為比特數據D′(圖中下三分之一的第一行)。
權利要求
1.一種數字數據串行傳輸的通信接口，其中，設置至少三根信號線(Tx0、Tx1、Tx2)，每根信號線都可有″高″電平或″低″電平，要傳輸的數據可以通過至少所述三根信號線(Tx0、Tx1、Tx2)中的至少兩根的電平變化來編碼，並因此通過從第一個電平n重點到第二個電平n重點的轉換來編碼。
2.根據權利要求1所述的通信接口，其特徵在於第一個電平n重點或第二個電平n重點是第一個電平三重點或第二個電平三重點。
3.根據權利要求1或2所述的通信接口，其特徵在於至少兩根信號線的電平反向變化。
4.根據上述任一項權利要求所述的通信接口，其特徵在於數據傳輸的開始和結束可以通過三根信號線(Tx0、Tx1、Tx2)各自電平的逆轉來編碼。
5.一種按比特方式傳輸數字數據的串行數據傳輸方法，其中，設置至少三根信號線(Tx0、Tx1、Tx2)，每根信號線都可有″高″電平或″低″電平，要傳輸的數據可以通過所述至少三根信號線(Tx0、Tx1、Tx2)中的兩根的電乎變化來編碼，並因此通過從第一個電平n重點(Tupel)到第二個電平n重點的轉換來編碼。
6.根據權利要求5所述的串行數據傳輸方法，其特徵在於第一個電平n重點或第二個電平n重點是第一個電平三重點或第二個電平三重點。
7.根據權利要求4或5所述的串行數據傳輸方法，其特徵在於數據傳輸的開始和結束可以通過所述三根信號線(Tx0、Tx1、Tx2)各自電平的逆轉來編碼。
8.一種控制和/或監視一種可與其他自動化設備通信聯繫的技術過程的自動化設備，其特徵在於該自動化設備具有根據權利要求1、2、3或5所述的通信接口。
9.一種控制和/或監視一種可與其他自動化設備通信聯繫的技術過程的自動化設備，其特徵在於建立通信聯繫的自動化設備之間的數據交換按照權利要求5、6、7或8中任一項所述的數據傳輸方法來實現。
全文摘要
本發明涉及數字數據串行傳輸的一種通信接口以及一種數據傳輸方法,其中,設置至少三根信號線(Tx0、Tx1、Tx2),每根信號線都可有「高」電平或「低」電平,要傳輸的數據可以通過所述至少三根信號線(Tx0、Tx1、Tx2)中的兩根的電平變化來編碼,並因此通過從第一個電平三重點到第二個電平三重點的轉換來編碼。
文檔編號H04L25/02GK1270679SQ98809171
公開日2000年10月18日 申請日期1998年12月7日 優先權日1997年12月18日
發明者漢斯-于爾根·拜爾 申請人:西門子公司