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Die Erfindung betrifft eine Kommunikationseinheit für die Industrieautomatisierung zur Verwendung in einem Kommunikationssystem aus in Serie geschalteten Kommunikationseinheiten, umfassend einen ersten Eingang und einen ersten Ausgang, wobei die Kommunikationseinheit einen internen Taktgeber umfasst und der interne Taktgeber ausgebildet ist, ein internes Taktsignal als Systemtakt für die Taktung der Kommunikationseinheit bereitzustellen, und die Kommunikationseinheit konfiguriert ist, über den Eingang einen seriellen Eingangs-Datenstrom mit Nutzdaten zu empfangen.
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Mit dem Begriff „Systemtakt“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere die sogenannte „system clock“ gemeint sein, also insbesondere dasjenige Taktsignal, mit dem die Elektronik, insbesondere die digitalen Schaltungen, der Kommunikationseinheit getaktet sind. Der interne Taktgeber, der den Systemtakt bereitstellt, kann auch als lokaler Taktgeber oder als „local clock“ bezeichnet werden.
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Die
WO 2013/144001 A1 beschreibt ein Kommunikationssystem mit wenigstens zwei seriell verbundenen Kommunikationsmodulen, und zwar einem Master-Modul und einem Slave-Modul. Das Master-Modul sendet ein „Interframe Symbol“, anhand dem das Slave-Modul seinen lokalen Taktgeber synchronisiert.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Kommunikationseinheit bereitzustellen, die in einfacherer und/oder genauerer Weise auf einen globalen Takt synchronisiert werden kann.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Kommunikationseinheit gemäß Anspruch 1. Die Kommunikationseinheit verfügt über einen Zeitgeber zur Bereitstellung eines Zeitwerts, wobei der Zeitgeber ausgebildet ist, den Zeitwert auf Basis eines in dem Eingangs-Datenstrom enthaltenen Eingangs-Symboltakts bereitzustellen.
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Folglich wird zusätzlich zu dem internen Taktgeber - also zusätzlich zur „local clock“ - ein Zeitgeber vorgesehen und dann dieser Zeitgeber synchronisiert. Der interne Taktgeber wird nicht zwingend synchronisiert sondern kann zweckmäßigerweise unsynchronisiert bleiben. Die Kommunikationseinheit kann also weiterhin mit ihrem eigenen, zweckmäßigerweise nicht-synchronsierten, internen Taktsignal - also ihrem eigenen Systemtakt - arbeiten, ist aber aufgrund des von dem Zeitgeber bereitgestellten Zeitwerts trotzdem in der Lage, bestimmte Ereignisse und/oder Aktionen synchron zu einem globalen Takt durchzuführen, indem sie diese Ereignisse und/oder Aktionen gemäß dem bereitgestellten Zeitwert durchführt.
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Der globale Takt ist als Eingangs-Symboltakt in dem Eingangs-Datenstrom enthalten. Da der globale Takt als Symboltakt in dem Datenstrom enthalten ist - und somit ständig vorhanden ist, sofern der Datenstrom vorhanden ist - ist der Zeitgeber auch ständig synchron mit dem gobalen Takt.
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Mit den Begriffen „Eingangs-Symboltakt“ und „Eingangs-Datenstrom“ soll zum Ausdruck gebracht werden, das es sich um den von der Kommunikationseinheit empfangenen Symboltakt bzw.
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Datenstrom handelt. Mit dem Begriff „Symboltakt“ ist insbesondere ein Sendetakt gemeint.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Steuergerät, umfassend eine erfindungsgemäße Kommunikationseinheit. Das Steuergerät ist ausgebildet, den Zeitwert als Zeitstempel zu verwenden und/oder eine zeitgesteuerte Ansteuerung einer Funktionseinheit, insbesondere eines Aktors, Sensors und/oder einer Signaleinheit, gemäß dem Zeitwert vorzunehmen. Bei der Funktionseinheit handelt es sich insbesondere um eine Ventileinrichtung.
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Zweckmäßigerweise betrifft die Erfindung ein Feldgerät, insbesondere eine Ventileinrichtung, die eine erfindungsgemäße Kommunikationseinheit umfasst.
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Vorzugsweise betrifft die Erfindung eines der folgenden Geräte, wobei das Gerät jeweils eine oder mehrere erfindungsgemäße Kommunikationseinheiten umfasst: Remote-I/O-System, Motorcontroller, Bahn-/Robotiksteuerung, pneumatisches Ventil, Medienventil, Ventilinsel, industrieller Sensor, Kamerasystem, dezentrale speicherprogrammierbare Steuerung, Safetysteuerung, insbesondere für die funktionale Sicherheit, Protokollumsetzer, Bedienpanel.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Bestimmen eines Zeitwerts für eine Kommunikationseinheit, umfassend die Schritte: Bereitstellen, mittels eines internen Taktgebers der Kommunikationseinheit, eines internen Taktsignals als Systemtakt der Kommunikationseinheit, Empfangen, mittels eines ersten Eingangs der Kommunikationseinheit, eines seriellen Eingangs-Datenstroms mit Nutzdaten, Bereitstellen, mittels eines Zeitgebers der Kommunikationseinheit, des Zeitwerts auf Basis eines in dem Eingangs-Datenstrom enthaltenen Eingangs-Symboltakts.
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Das Verfahren wird vorzugsweise mittels der beschriebenen Kommunikationseinheit durchgeführt. Zweckmäßigerweise ist das Verfahren gemäß einer beschriebenen Ausgestaltung der Kommunikationseinheit weitergebildet.
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Eine beispielhafte Ausführungsform sowie weitere exemplarische Details werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Dabei zeigt
- 1 eine schematische Darstellung eines Kommunikationssystem mit mehreren Kommunikationseinheiten.
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Die 1 zeigt ein Kommunikationssystem 10, das mehrere Kommunikationseinheiten M, S1, S2 umfasst, die in Serie geschaltet sind. Exemplarisch sind zwei als Slaves fungierende Kommunikationseinheiten S1, S2 vorhanden und eine als Master fungierende Kommunikationseinheit M. Die Kommunikationseinheiten S1, S2 können auch als Slave-Einheiten und die Kommunikationseinheit M als Master-Einheit bezeichnet werden. Alternativ zu der gezeigten Anzahl können auch mehr oder weniger als Slave fungierende Kommunikationseinheiten S1, S2 vorhanden sein. Zweckmäßigerweise stellt jede Kommunikationseinheit S1, S2 für sich genommen eine mögliche Ausführungsform der Erfindung dar. Nachfolgend soll primär auf die Kommunikationseinheit S1 eingegangen werden. Die Kommunikationseinheit S2 ist zweckmäßigerweise in Entsprechung dazu ausgebildet.
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Die Kommunikationseinheit S1, insbesondere das gesamte Kommunikationssystem 10, dient zum Einsatz in der Industrieautomatisierung, insbesondere der Prozess- und/oder Fabrikautomatisierung.
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Die Kommunikationseinheit S1 umfasst einen ersten Eingang E1 und einen ersten Ausgang A1. Die Kommunikationseinheit S1 umfasst ferner einen internen Taktgeber TG. Der interne Taktgeber TG ist ausgebildet, ein internes Taktsignal als Systemtakt für die Taktung der Kommunikationseinheit S1 bereitzustellen.
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Die Kommunikationseinheit S1 ist konfiguriert, über den Eingang S1 einen seriellen Eingangs-Datenstrom mit Nutzdaten zu empfangen. Die Kommunikationseinheit S1 verfügt über einen Zeitgeber ZG zur Bereitstellung eines Zeitwerts. Der Zeitgeber ZG ist ausgebildet, den Zeitwert auf Basis eines in dem Eingangs-Datenstrom enthaltenen Eingangs-Symboltakts bereitzustellen.
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Nachstehend sollen weitere exemplarische Details erläutert werden.
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Zunächst soll auf den grundsätzlichen Aufbau des in der 1 gezeigten Kommunikationssystems 10 eingegangen werden.
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Das Kommunikationssystem 10 umfasst die Kommunikationseinheiten M, S1, S2, die exemplarisch in einer Reihe geschaltet sind. Jede Kommunikationseinheit M, S1, S2 stellt ein Reihenglied mit einer bestimmten Reihenposition innerhalb der Reihe dar. Exemplarisch ist die Kommunikationseinheit M das erste Reihenglied, die Kommunikationseinheit S1 das zweite Reihenglied und die Kommunikationseinheit S2 das dritte Reihenglied. Zweckmäßigerweise kann die Reihe eine oder mehrere weitere als Slaves fungierende Kommunikationseinheiten aufweisen, die dann insbesondere in Entsprechung zu den Kommunikationseinheite S1, S2 ausgebildet sind.
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Zwei in der Reihe benachbarte Kommunikationseinheiten sind jeweils über eine Kommunikationsverbindung miteinander verbunden. Jede Kommunikationsverbindung umfasst exemplarisch zwei Leitungen. Die Kommunikationseinheit M ist über die Leitungen L1, L5 mit der Kommunikationseinheit S1 verbunden und die Kommunikationseinheit S1 ist über die Leitungen L2, L4 mit der Kommunikationseinheit S2 verbunden. Die Kommunikationsverbindungen zwischen zwei in der Reihe benachbarten Kommunikationseinheiten sind jeweils bidirektional, wobei eine der beiden Leitungen ausschließlich zur Kommunikation in einer ersten Richtung und die andere Leitung ausschließlich zur Kommunikation in der entgegengesetzten zweiten Richtung dient.
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Das Kommunikationsystem 10 stellt einen Kommunikationspfad bereit, der, von der Kommunikationseinheit M ausgehend, alle nachfolgenden Kommunikationseinheiten S1, S2 zweimal durchläuft und dann zur Kommunikationseinheit M zurückkehrt. Der erste Durchlauf (auch als „Hinweg“ bezeichnet) erfolgt in der durch die Reihe vorgegebenen Reihenfolge - also exemplarisch in der Reihenfolge M, S1, S2. Der zweite Druchlauf (auch als „Rückweg“ bezeichnet) erfolgt in dazu umgekehrter Reihenfolge - also exemplarisch in der Reihenfolge S2, S1, M. Insgesamt ergibt sich eine Ring-Topologie. Im Betrieb folgt der serielle Datenstrom diesem Kommunikationspfad - d.h., der serielle Datenstrom durchläuft alle Kommunikationseiheiten M, S1, S2 zweimal - einmal auf dem Hinweg und einmal auf dem Rückweg.
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Bei dem letzten Reihenglied - hier der Kommunikationseinheit S2 - ist ein Ausgang A1 über eine Leitung L3 direkt mit einem Eingang E2 verbunden, um so den Kommunikationspfad zu schließen.
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Der Kommunikationspfad umfasst folglich mehrere Pfadabschnitte, wobei die Pfadabschnitte entlang des Kommunikationspfads abwechselnd von einer Kommunikationseinheit und einer Leitung bereitgestellt werden, und zwar exemplarisch in der folgenden Reihenfolge: M, L1, S1, L2, S2, L3, S2, L4, S1, L5, M. Dementsprechend durchläuft der serielle Datenstrom auf seinem Weg auf dem Kommunikationspfad jeweils abwechselnd eine Kommunikationseinheit und eine Leitung.
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Gemäß einer möglichen Ausgestaltung kann die Kommunikationseinheit M auch zwischen den Kommunikationseinheiten S1 und S2 angeordnet sein oder auch ganz am Ende der Reihe angeordnet sein. Die Kommunikationseinheit M kann zweckmäßigerweise (gegenüber der in der 1 gezeigten Ausgestaltung) über einen zusätzlichen Eingang und einen zusätzlichen Ausgang verfügen. Exemplarisch kann die Kommunikationseinheit M wie die Kommunikationseinheiten S1, S2 über einen (zusätzlichen) Eingang E1 und einen (zusätzlichen) Ausgang A2 verfügen. Mit dem zusätzlichen Eingang und Ausgang kann die Kommunikationseinheit mit der in der Reihe vorgeschalteten Kommunikationseinheit kommunizieren (sofern eine solche vorgeschaltete Kommunikationseinheit vorhanden ist).
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Im Folgenden soll näher auf die einzelnen Kommunikationseinheiten M, S1, S2 eingegangen werden.
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Die beiden als Slaves fungierenden Kommunikationseinheiten S1, S2 und die als Master fungierende Kommunikationseinheit M können grundsätzlich die gleiche Hardware, also insbesondere die gleiche Elektronik aufweisen. Zweckmäßigerweise kann eine Kommunikationseinheit durch Einstellung eines entsprechenden Modus wahlweise als Master oder als Slave betrieben werden.
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Zunächst soll auf die als Slaves fungierenden Kommunikationseinheiten S1, S2 eingegangen werden. Die nachstehende Erläuterung bezieht sich primär auf die Kommunikationseinheit S1. Die Kommunikationseinheit S2 sowie optional weitere vorhandene, als Slaves fungierende Kommunikationseinheiten sind zweckmäßigerweise identisch ausgebildet.
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Die Kommunikationseinheit S1 umfasst wie vorstehend bereits erwähnt einen ersten Eingang E1, einen ersten Ausgang A1, einen internen Taktgeber TG und einen Zeitgeber ZG. Exemplarisch verfügt die Kommunikationseinheit S1 zudem über einen zweiten Eingang E2 und einen zweiten Ausgang A2.
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Der erste Eingang E1 und der zweite Ausgang A2 sollen zusammen auch als erste Kommunikationsschnittstelle bezeichnet werden. Die erste Kommunikationsschnittstelle dient zur bidrektionalen Verbindung mit der in der Reihe jeweils vorgeschalteten Kommunikationseinheit. Der zweite Eingang E2 und der erste Ausgang A1 sollen zusammen auch als zweite Kommunikationsschnittstelle bezeichnet werden. Die zweite Kommunikationsschnittstelle dient zur bidirektionalen Verbindung mit der in der Reihe jeweils nachgeschalteten Kommunikationseinheit. Bei der Kommunikationseinheit mit der letzten Reihenposition dient die zweite Kommunikationsschnittstelle dazu, den Kommunikationspfad zu schließen.
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Der erste Eingang E1 ist mit dem ersten Ausgang A1 kommunikativ gekoppelt. Zwischen dem ersten Eingang E1 und dem ersten Ausgang A1 ist exemplarisch eine erste Taktsyntheseeinheit TS1 und eine erste Datenverarbeitungseinheit DV1 vorhanden. Der zweite Eingang E2 ist mit dem zweiten Ausgang A2 kommunikativ gekoppelt. Zwischen dem zweiten Eingang E2 und dem zweiten Ausgang A2 ist exemplarisch eine zweite Taktsyntheseeinheit TS2 und eine zweite Datenverarbeitungseinheit DV2 vorhanden.
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Die Kommunikationseinheit S1 umfasst eine elektronische Schaltung, beispielsweise einen Mikroprozessor, ASIC und/oder FPGA. Die nachstehend erläuterten Einheiten E1, TS1, DV1, A1, E2, TS2, DV2, A2 sind zweckmäßigerweise Teil der elektronischen Schaltung. Die elektronische Schaltung wird durch den internen Taktgeber TG getaktet; d.h., der interne Taktgeber TG stellt das interne Taktsignal als Systemtakt für die elektronische Schaltung bereit. Die von dem internen Taktsignal und/oder einem davon abgeleiteten Taktsignal getaktete elektronische Schaltung ist in der 1 durch einen gestrichelten Rahmen angedeutet.
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Der interne Taktgeber TG kann auch als lokaler Taktgeber oder als lokale Clock bezeichnet werden. Der interne Taktgeber TG umfasst beispielsweise einen Quarz, mit dem das interne Taktsignal bereitgestellt wird.
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Der interne Taktgeber TG ist zweckmäßigerweise ausgebildet, das interne Taktsignal unabhängig von dem Eingangs-Symboltakt bereitzustellen. Insbesondere findet keine Synchronisierung und/oder Anpassung des internen Taktsignals auf Basis des Eingangs-Symboltakts statt.
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Zweckmäßigerweise umfasst jede Kommunikationseinheit M, S1, S2 einen eigenen internen Taktgeber TG, der jeweils ein eigenes internes Taktsignal als eigenen Systemtakt für die jeweilige elektronische Schaltung bereitstellt. Das bedeutet insbesondere, dass sich die internen Taktsignale - also die Systemtakte - der Kommunikationseinheiten M, S1, S2 untereinander unterscheiden können. Zweckmäßigerweise findet keine Synchronisierung der internen Taktsignale statt, so dass die internen Tatsignale verschiedener Kommunikationseinheiten M, S1, S2 nicht zueinander synchronisiert sind.
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Die Kommunikationseinheit S1 umfasst den ersten Eingang E1. An dem ersten Eingang E1 ist die Leitung L1, insbesondere ein Kabel oder zwei Drähte, angeschlossen, über die der Datenstrom zur Kommunikationseinheit S1 übertragen wird. Die Kommunikationseinheit S1 ist ausgebildet, über den Eingang E1 den Datenstrom als Eingangs-Datenstrom zu empfangen. Der Eingang E1 kann auch als Empfangseinheit oder als „RX“ bezeichnet werden.
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Die Kommunikationseinheit S1 ist zweckmäßigerweise ausgebildet, aus dem empfangenen Eingangs-Datenstrom den Eingangs-Symboltakt zu extrahieren, insbesondere durch Überabtastung und/oder auf Basis einer Phaseninformation. Zweckmäßigerweise wird der Eingangs-Symboltakt mit einer höheren zeitlichen Auflösung als der Breite eines Symbols extrahiert.
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Der Eingangs-Symboltakt ist zweckmäßigerweise der Takt, mit dem die einzelnen im Eingangs-Datenstrom enthaltenen Symbole nach und nach bei der Kommunikationseinheit S1, insbesondere dem ersten Eingang E1, empfangen werden. Bei den Symbolen handelt es sich exemplarisch um einzelne Bits, insbesondere um Leitungsbits. Ein Symbol wird zweckmäßigerweise durch das Vorhandensein oder Nicht-Vorhandensein eines Impulses dargestellt. Der Eingangs-Datenstrom ist beispielsweise mit einem 8b10b-Code kodiert. Zweckmäßigerweise handelt es sich bei dem Eingangs-Datenstrom um eine Basisbandübertragung.
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Wie vorstehend bereits erwähnt, ist der Zeitgeber ZG ausgebildet, auf Basis des Eingangs-Symboltakts den Zeitwert bereitzustellen. Bei dem Zeitgeber ZG handelt es sich exemlarisch um einen Zähler. Zweckmäßigerweise ist der Zeitgeber ZG ausgebildet, den Zeitwert bei einem ankommenden Symbol, beispielsweise einem Bit, insbesondere einem Leitungsbit, zu inkrementieren oder zu dekrementieren. Zweckmäßigerweise wird der Zeitwert bei jedem ankommenden Symbol inkrementiert oder dekrementiert. Der Zeitgeber ZG ist ausgebildet, den Zeitwert kontinuierlich gemäß dem ankommenden Eingangs-Symboltakt weiterzuführen.
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Exemplarisch erhält der Zeitgeber ZG den Symboltakt von der nachstehend noch erläuterten Taktsyntheseeinheit TS1. Alternativ oder zusätzlich dazu kann der Zeitgeber ZG den Symboltakt auch von dem ersten Eingang E1, dem ersten Ausgang A1, dem zweiten Eingang E2, dem zweiten Ausgang A2 und/oder der Taktsysntheseeinheit TS2 erhalten.
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Die Kommunikationseinheit S1 umfasst ferner den Ausgang A1. An dem Ausgang A1 ist die Leitung L2, insbesondere ein Kabel oder zwei Drähte angeschlossen, über die der Datenstrom als Ausgangs-Datenstrom zur nachfolgenden Kommunikationseinheit S2 übertragen wird. Der Ausgang A1 kann auch als Sendeeinheit oder als „TX“ bezeichnet werden.
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Zwischen dem ersten Eingang E1 und dem ersten Ausgang A1 sind exemplarisch zwei Pfade vorhanden. Zum einen ein Datenpfad zur Verarbeitung der in dem Datenstrom enthaltenen Nutzdaten und zum anderen ein Taktpfad zur Verarbeitung des in dem Datenstrom enthaltenen Symboltakts. Der Datenpfad und der Taktpfad verlaufen exemplarisch parallel zueinander.
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Im Datenpfad liegt die Datenverarbeitungseinheit DV1, die auch als Data Processing Unit, DPU, bezeichnet werden kann. In der Datenverarbeitungseinheit DV1 können die im Datenstrom enthaltenen Daten zweckmäßigerweise geändert werden.
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Der Taktpfad umfasst exemplarisch eine Taktsyntheseeinheit TS1. Die Taktsyntheseeinheit TS1 dient insbesondere dazu, einen Ausgangs-Symboltakt auf Basis des Eingangs-Symboltakts zu synthetisieren. Alternativ oder zusätzlich dazu dient die Taktsyntheseeinheit dazu, dem Ausgang A1 die benötigte Information, insbesondere eine Phasen- und/oder Frequenzinformation, bereitzustellen, damit dieser den Ausgangs-Datenstrom mit einem Ausgangs-Symboltakt bereitstellen kann, der die gleiche Taktrate hat wie der Eingangs-Symboltakt.
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Die Kommunikationseinheit S1 ist zweckmäßigerweise ausgebildet, an ihrem ersten Ausgang A1 einen Ausgangs-Datenstrom mit einem Ausgangs-Symboltakt bereitzustellen, dessen Taktrate identisch zu der Taktrate des Eingangs-Symboltakts des Eingangs-Datenstroms ist. Dadurch, dass die Taktrate des Ausgangs-Symboltakts identisch zu der Taktrate des Eingangs-Symboltakts ist, wird gewährleistet, dass jede in der Reihe nachfolgende Kommunikationseinheit einen Eingangs-Symboltakt mit derselben Taktrate empfängt. Folglich wird in jeder Kommunikationseinheit der jeweilige Zeitwert gemäß derselben Taktrate - also gleich schnell - inkrementiert oder dekrementiert. Auf diese Weise wird eine vollständigen Synchronisierung der Zeitwerte möglich, nämlich insbesondere dann, wenn die konstanten zeitlichen Offsets - nachfolgend auch als Latentzen bezeichnet - zwischen den Zeitgebern verschiedener Kommunikationseinheiten ermittelt und kompensiert werden. Die Kompensation der Latenzen wird nachstehend noch im Detail erläutert.
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Die Kommunikationseinheit S1 ist vorzugsweise ausgebildet, den Ausgangs-Datenstrom mit einem Ausgangs-Symboltakt bereitzustellen, der eine dauerhaft feste Phasenbeziehung zu dem Eingangs-Symboltakt aufweist. Die Kommunikationseinheit S1 ist insbesondere ausgebildet, zur Erzielung der dauerhaft festen Phasenbeziehung kontinuierlich eine Anpassung der Signalform des Ausgangs-Datenstroms vorzunehmen.
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Zweckmäßigerweise ist die Kommunikationseinheit S1 ausgebildet, eine Phasen- und/oder Taktraten-Beziehung zwischen dem Eingangs-Symboltakt und dem internen Taktsignal (und/oder einem von dem internen Taktsignal abgeleiteten Taktsignal) zu erfassen. Ferner ist die Kommunikationseinheit S1 ausgebildet, mittels der Taktsyntheseeinheit S1 den Ausgangs-Symboltakt auf Basis der erfassten Phasen- und/oder Taktraten-Beziehung bereitzustellen.
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Die Taktrate des internen Taktsignals ist zweckmäßigerweise von der Taktrate des Eingangs-Symboltakts verschieden, insbesondere ist die Taktrate des internen Taktsignals niedriger als die Taktrate des Eingangs-Symboltakts. Zweckmäßigerweise wird von dem internen Taktsignal ein Abtastungs-Taktsignal abgeleitet, mit dem die Abtastung des Eingangs-Datenstroms am ersten Eingang E1 erfolgt. Das Abtastungs-Taktsignal weist zweckmäßigerweise eine höhere Taktrate als der Eingangs-Symboltakt auf. Das Abtastungs-Taktsignal wird beispielsweise mittels einer Phase-locked-Loop, PLL, erzeugt. Die Phasen- und/oder Taktraten-Beziehung drückt insbesondere aus, wie sich das interne Taktsignal (und/oder ein davon abgeleites Taktsignal, beispielsweise das Abtastungs-Taktsignal) zu dem Eingangs-Symboltakt verhält.
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Aufgrund von Toleranzen können sich die Taktraten der internen Taktsignale verschiedener Kommunikationseinheiten S1, S2, untereinander unterscheiden. Exemplarisch ist die Taktrate des internen Taktsignals der Kommunikationseinheit S1 höher als die Taktrate des internen Taktsignals der Kommunikationseinheit S2. Die Kommunikationseinheit S1 wird in diesem Fall ihren Eingangs-Symboltakt als langsamer erfahren als die Kommunikationseinheit S2 den identischen Eingangs-Symboltakt erfahren würde.
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Durch die unterschiedlichen Taktraten der internen Taktsignale ergeben sich bei den verschiedenen Kommunikationseinheiten S1, S2 jeweils unterschiedliche Phasen- und/oder Taktraten-Beziehungen. Zweckmäßigerweise sind die Kommunikationseinheiten S1, S2 ausgebildet, bei der Snythetisierung des Ausgangs-Symboltakts die jeweilige Phasen- und/oder Taktraten-Beziehung zu nutzen, um die unterschiedlichen Taktraten zwischen den jeweiligen internen Taktsignalen zu kompensieren.
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In einem beispielhaften Fall ist die Taktrate des internen Taktgebers einer Kommunikationseinheit S1 erhöht. Die Kommunikationseinheit S1 erkennt dies anhand der Phasen- und/oder Taktraten-Beziehung - also daran, wie sich ihr internes Taktsignal und/oder ein davon abgeleitetes Taktsignal relativ zum Eingangs-Symboltakt verhält. Die Kommunikationseinheit S1 erkennt, dass die Taktrate ihres internen Taktgebers erhöht ist. Die Kommunikationseinheit S1 berücksichtigt ihre erhöhte Taktrate dementsprechend bei der Synthetisierung des Ausgangs-Symboltakts, insbesondere durch eine entsprechende Anpassung der Signalform des Ausgangs-Datenstroms. Beispielsweise passt die Kommunikationseinheit S1 die Signalform der einzelnen Symbole, insbesondere der Leitungsbits, an. Zweckmäßigerweise passt die Kommunikationseinheit die Breite der Symbole in Bezug auf die Taktrate ihres internen Taktsignals an. Bei einer erhöhten Taktrate des internen Taktsignals wird die Breite der Symbole in Bezug auf das interne Taktsignal zweckmäßigerweise erhöht; d.h. die Kommunikationseinheit verwendet eine erhöhte Anzahl von Takten des internen Taktsignals und/oder eines davon abgeleiteten Taktsignals, um ein Symbol des Ausgang-Datenstroms zu synthetisieren. Bei der genannten Anzahl von Takten kann es sich insbesondere um eine Bruchzahl handeln.
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Ist die Taktrate des internen Taktsignals der Kommunikationseinheit S1 reduziert, so erkennt dies die Kommunikationseinheit S1 an einer entsprechenden Phasen- und/oder Taktraten-Beziehung und berücksichtigt dies ebenfalls bei der Synthetisierung des Ausgangs-Symboltakts, insbesondere durch eine entsprechende Anpassung der Signalform des Ausgangs-Datenstroms. Bei einer reduzierten Taktrate des internen Taktsignals wird die Breite der Symbole in Bezug auf das interne Taktsignal zweckmäßigerweise reduziert; d.h. die Kommunikationseinheit verwendet eine reduzierte Anzahl von Takten des internen Taktsignals und/oder eines davon abgeleiteten Taktsignals, um ein Symbol des Ausgang-Datenstroms zu synthetisieren. Bei der genannten Anzahl von Takten kann es sich insbesondere um eine Bruchzahl handeln.
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Insbesondere durch die vorstehend beschriebenen Maßnahmen sind der erste Eingang E1 und der erste Ausgang A1 zweckmäßigerweise derart miteinander gekoppelt, dass (unabhängig von der Taktrate des internen Taktgebers) die Taktrate des am ersten Ausgang A1 bereitgestellten Ausgangs-Symboltakts identisch zu der Taktrate des am ersten Eingang E1 empfangenen Eingangs-Symboltakts ist.
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Die vorstehenden Ausführungen gelten zweckmäßigerweise entsprechend für den zweiten Eingang E2 und den zweiten Ausgang A2, die vorzugsweise in entsprechender Weise miteinander gekoppelt sind, so dass die Taktrate des am zweiten Ausgang A2 bereitgestellten Ausgangs-Symboltakts exakt identisch zu der Taktrate des am zweiten Eingang E2 empfangenen Eingangs-Symboltakts ist.
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Dies trifft zweckmäßigerweise für sämtliche als Slaves fungierende Kommunikationseinheiten S1, S2 des Kommunikationssystems 10 zu, so dass folglich an jedem Eingang und Ausgang, durch den der Kommunikationspfad bzw. der serielle Datenstrom läuft, exakt derselbe Symboltakt gegeben ist.
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Zweckmäßigerweise ist die Kommunikationseinheit S1 ausgebildet, den am ersten Ausgang A1 ausgegebenen Ausgangs-Datenstrom mit der gleichen Anzahl an Symbolen bereitzustellen, wie der am ersten Eingang E1 empfangene Eingangs-Datenstrom enthält. Ferner ist die Kommunikationseinheit S1 zweckmäßigerweise ausgebildet, den am zweiten Ausgang A2 ausgegebenen Ausgangs-Datenstrom mit der gleichen Anzahl an Symbolen bereitzustellen, wie der am zweiten Eingang E2 empfangene Eingangs-Datenstrom enthält. Dies gilt zweckmäßigerweise für sämtliche als Slaves fungierende Kommunikationseinheiten S1, S2.
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Folglich werden von den als Slaves fungierenden Kommunikationseinheiten S1, S2 keine zusätzlichen Symbole in den seriellen Datenstrom eingefügt und/oder keine in dem seriellen Datenstrom enthaltenen Symbole entfernt. Zweckmäßigerweise können mittels der Datenverarbeitungseinheiten DV1, DV2 im Datenstrom enthaltene Daten, vorzugsweise Nutzdaten, in den Kommunikationseinheiten S1, S2 geändert werden, jedoch vorzugsweise nur derart, dass die Anzahl der Symbole konstant bleibt.
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Auf diese Weise kann gewährleistet bleiben, dass die Zeitgeber ZG der verschiedenen Kommunikationseinheiten S1, S2 stets die gleiche Anzahl an Symbolen erhalten und somit (bei Kompensation der Latenzen zwischen den Kommunikationseinheiten S1, S2) stets synchron bleiben; d.h. stets den gleichen Zeitwert anzeigen.
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Im Folgenden soll näher auf die als Master fungierende Kommunikationseinheit M eingegangen werden:
- Die Kommunikationseinheit M verfügt über einen Taktgenerator GT zur Erzeugung eines globalen Takts. Exemplarisch erzeugt der Taktgenerator GT den globalen Takt auf Basis des internen Taktsignals des Taktgebers TG der Kommunikationseinheit M.
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Die Kommunikationseinheit M verfügt ferner über einen Zeitgeber ZG, der ausgebildet ist, auf Basis des globalen Takts einen Zeitwert bereitzustellen. Zweckmäßigerweise ist der Zeitgeber ZG ein Zähler, der gemäß dem globalen Takt inkrementiert oder dekrementiert wird. Der Zeitgeber ZG läuft insbesondere synchron zu den Zeitgebern ZG der als Slaves fungierenden Kommunikationseinheiten S1, S2 und stellt vorzugsweise stets den gleichen Zeitwert wie die anderen Zeitgeber ZG bereit.
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Die Kommunikationseinheit M umfasst eine elektronische Schaltung, beispielsweise einen Mikroprozessor, ASIC und/oder FPGA. Die Einheiten A1, E2, DG, GT, ZG sind zweckmäßigerweise Teil der elektronischen Schaltung. Die elektronische Schaltung wird durch den internen Taktgeber TG getaktet; d.h., der interne Taktgeber TG stellt das interne Taktsignal als Systemtakt für die elektronische Schaltung bereit. Die elektronische Schaltung ist in der 1 durch einen gestrichelten Rahmen angedeutet.
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Die Kommunikationseinheit M verfügt über einen Ausgang A1 und einen Eingang E2. Ferner verfügt die Kommunikationseinheit M über einen Datenstromgenerator DG zur Erzeugung eines Datenstroms. Die Kommunikationseinheit M ist ausgebildet, an ihrem Ausgang A1 den Datenstrom als Ausgangs-Datenstrom bereitzustellen. Die Kommunikationseinheit M verwendet den globalen Takt als Ausgangs-Symboltakt des Ausgangs-Datenstroms. Der Ausgangs-Symboltakt kann auch als Sendetakt des Ausgangs-Datenstroms bezeichnet werden. Optional verfügt die Kommunikationseinheit M ferner über Datenverarbeitungseinheiten DV1, DV2.
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Die Kommunikationseinheit M gibt anhand des globalen Takts die Ausgangs-Symboltakte sämtlicher als Slaves fungierender Kommunikationseinheiten S1, S2 vor. Ferner gibt die Kommunikationseinheit M anhand des globalen Takts die Bitrate des seriellen Datenstroms vor.
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Die Kommunikationseinheit M ist vorzugsweise ausgebildet, den seriellen Datenstrom als eine Abfolge von Telegrammen bereitzustellen. Zweckmäßigerweise sind die Telegramme im seriellen Datenstrom direkt - also insbesondere lückenlos - aneinandergereiht. Die Telegramme enthalten zweckmäßigerweise Nutzdaten und/oder Datenfelder für jede in der Reihe nachfolgende Kommunikationseinheit S1, S2.
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Die Kommunikationseinheit M ist ausgebildet, den seriellen Datenstrom als lückenlosen Datenstrom - also insbesondere ununterbrochen - bereitzustellen. Sofern der Kommunikationseinheit M keine Daten, insbesondere keine Nutzdaten, zum Senden bereitstehen, füllt die Kommunikationseinheit M den seriellen Datenstrom mit Leerlaufsymbolen auf. Der Ausgangs-Symboltakt wird zweckmäßigerweise durch sämtliche im seriellen Datenstrom enthaltene Symbole bereitgestellt, also insbesondere durch Symbole, die Nutzdaten, Leerlaufdaten und/oder Protokolldaten abbilden.
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Insgesamt ergibt sich bei dem Kommunikationssystem 10 also ein serieller Datenstrom, der, ausgehend von der Kommunikationseinheit M, die in der Reihe nachfolgenden Kommunikationseinheiten S1, S2 auf dem vorgenannten Kommunikationspfad durchläuft und dabei an jeder Stelle des Kommunikationspfads stets exakt die gleiche Symbol-Taktrate aufweist. Ferner wird, wie vorstehend bereits erwähnt, von den als Slaves fungierenden Kommunikationseinheiten S1, S2 die Anzahl an Symbolen nicht verändert, so dass bei jedem Zeitgeber letztendlich die gleiche Anzahl an Symbolen bzw. Takten ankommt.
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Jede als Slave fungierende Kommunikationseinheit S1, S2 empfängt den Datenstrom als Eingangs-Datenstrom und gibt den Datenstrom als Ausgangs-Datenstrom aus. Die Daten, insbesondere die Nutzdaten, des Ausgangs-Datenstroms können gegenüber dem Eingangs-Datenstrom verändert sein; die Anzahl an Symbolen bzw. Takten bleibt zweckmäßigerweise jedoch stets konstant.
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Der Datenstrom ist insbesondere mit einem gleichspannungsfreien Code kodiert. Vorzugsweise ist der Datenstrom mit einem 8b10b-Code kodiert. Zweckmäßigerweise wird der Datenstrom im Basisband übertragen. Der Datenstrom ist insbesondere eine Abfolge von binären Symbolen, insbesondere von Impulsen.
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Bei dem Kommunikationssystem 10 sind zweckmäßigerweise die jeweiligen internen Taktgeber TG der Kommunikationseinheiten M, S1, S2 nicht synchron zueinander und weisen insbesondere unterschiedliche Taktraten auf.
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Die Zeitgeber ZG laufen über die Kopplung an den Eingangs-Symboltakt synchron zum globalen Takt und stellen zweckmäßigerweise den gleichen Zeitwert bereit.
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Im Folgenden soll näher darauf eingegangen werden, wie die Latenzen zwischen den Zeitgebern ZG kompensiert werden können.
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Da, wie vorstehend erläutert, die Zeitgeber ZG über die Eingangs-Symboltakte alle mit dem gleichen globalen Takt synchronisiert sind und ferner zweckmäßigerweise auf dem Kommunikationspfad keine Symbole bzw. Takte entfernt oder hinzugefügt werden, entsprechen die Latenzen zwischen den Zeitgebern ZG jeweils denjenigen Laufzeiten, die der serielle Datenstrom benötigt um von einem Zeitgeber zum nächsten bzw. von einer Kommunikationseinheit zur nächsten zu gelangen.
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Diese Latenzen bleiben zweckmäßigerweise konstant. Sie können folglich im Rahmen einer (einmaligen) Kompensationsprozedur als Kompensationswerte erfasst und bei den jeweiligen Zeitgebern ZG eingestellt werden. Die Latenzen sind dann dauerhaft kompensiert - d.h. die Zeitgeber ZG laufen dauerhaft synchron, ohne dass eine weitere Kompensierung stattfinden muss. Insbesondere gibt es keinen Drift zwischen den Zeitgebern ZG.
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Nachfolgend wird erläutert, wie die Kommunikationseinheit S1 die Latenz ihres Zeitgebers ZG kompensiert. Bei der/den weiteren Kommunikationseinheiten findet zweckmäßigerweise eine entsprechende Kompensation statt.
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Zweckmäßigerweise ist der Zeitgeber ZG ausgebildet, den Zeitwert gemäß einem Kompensationswert anzupassen, um eine Laufzeit des Eingangs-Datenstroms und/oder des Ausgangs-Datenstroms zwischen Kommunikationseinheiten zu kompensieren. Der Zeitwert kann zweckmäßigerweise in Bezug auf die in der Reihe vorgeschaltete Kommunikationseinheit - also exemplarisch in Bezug auf die Kommunikationseinheit M - oder in Bezug auf die in der Reihe nachgeschaltete Kommunikationseinheit - also exemplarisch in Bezug auf die Kommunikationseinheit S2 - kompensiert werden. Im ersteren Fall ist die Laufzeit des Eingangs-Datenstroms von der vorgeschalteten Kommunikationseinheit zu der aktuellen Kommunikationseinheit zu bestimmen. Im letzteren Fall ist die Laufzeit des Augangs-Datenstroms von der aktuellen Kommunikationseinheit zu der nachgeschalteten Kommunikationseinheit zu bestimmen.
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Die Kommunikationseinheit S1 ist insbesondere ausgebildet, den Kompensationswert auf Basis eines Zeitunterschieds Δt1 zwischen der Ausgabe eines Testsignals über den ersten Ausgang A1 und dem Empfang des Testsignals über den zweiten Eingang E2 zu bestimmen. Die Kommunikationseinheit S1 ist insbesondere ausgebildet, diesen Zeitunterschied Δt1 mittels des Zeitgebers ZG, also insbesondere mittels des Symbol-Eingangstakts, zu messen. Der Zeitunterschied Δt1 kann beispielsweise als eine Anzahl an Symbolen oder Takten des Eingangs-Symboltakts gemessen werden. Der Zeitunterschied Δt1 entspricht der Laufzeit des seriellen Datenstroms entlang des Kommunikationspfads von dem ersten Ausgang A1 zu dem zweiten Eingang E2 der Kommunikationseinheit S1.
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Zweckmäßigerweise ist die Kommunikationseinheit S1 ausgebildet, von einer weiteren Kommunikationseinheit M, S2 einen Kompensationsermittlungswert zu erhalten und auf Basis des Kompensationsermittlungswerts und des Zeitunterschieds den Kompensationswert zu bestimmen.
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Beispielsweise kann die Kommunikationseinheit S1 von der nachgeschalteten Kommunikationseinheit S2 einen Kompensationsermittlungswert erhalten, der den Zeitunterschied Δt2 zwischen einem über den ersten Ausgang A1 der nachgeschalteten Kommunikationseinheit S2 ausgegebenen und über den zweiten Eingang E2 der nachgeschalteten Kommunikationseinheit S2 empfangenen Testsignal anzeigt. Dieser Zeitunterschied Δt2 entspricht der Laufzeit des seriellen Datenstroms entlang des Kommunikationspfads von dem ersten Ausgang A1 zu dem zweiten Eingang E2 der Kommunikationseinheit S2.
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Die Kommunikationseinheit S1 kann nun auf Basis der beiden Zeitunterschiede Δt1 und Δt2, insbesondere auf Basis der Differenz der beiden Zeitunterschiede - also auf Basis von Δt1-Δt2 - den Kompensationswert bestimmen und den Zeitwert des Zeitgebers entsprechend anpassen.
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Zweckmäßigerweise ist die Kommunikationseinheit S1 ausgebildet, bei der Bestimmung des Kompensationswerts ferner einen Leitungsparameter zu berücksichten, der z.B. das Verhältnis der Leitungslaufzeiten der beiden Leitungen L2, L4 zueinander definiert. Zweckmäßigerweise sind die beiden Leitungen einer Kommunikationsverbindung zwischen zwei Kommunikationseinheiten jeweils gleich lang, so dass die Leitungslaufzeiten der beiden Leitungen gleich sind. Exemplarisch ergibt sich ein Leitungsparameter von 2. Die Differenz der Zeitunterschiede - also Δt1-Δt2 - wird zweckmäßigerweise durch den Leitungsparameter geteilt.
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Die Kommunikationseinheit S1 ist zweckmäßigerweise ausgebildet, auf Basis des Zeitunterschieds Δt1 einen Kompensationsermittlungswert bereitzustellen und den Kompensationsermittlungswert an eine weitere Kommunikationseinheit auszugeben. Zweckmäßigerweise gibt die Kommunikationseinheit S1 ihren Kompensationsermittlungswert an die vorgeschaltete Kommunikationseinheit - hier die Kommunikationseinheit M - und/oder die nachgeschaltete Kommunikationseinheit - hier die Kommunikationseinheit S2 - weiter.
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Die Kommunikationseinheit M kann auf Basis des erhaltenen Kompensationsermittlungswerts und eines selbst gemessenen Zeitunterschieds Δt0 (also der Laufzeit des Testsignals von ihrem Ausgang A1 zu ihrem Eingang E2) den Kompensationswert für ihren Zeitgeber bestimmen.
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In entsprechender Weise kann die Kommunikationseinheit S2 auf Basis des erhaltenen Kompensationsermittlungswerts und des selbst gemessenen Zeitunterschieds Δt2 (also der Laufzeit des Testsignals von ihrem Ausgang A1 zu ihrem Eingang E2) den Kompensationswert für ihren Zeitgeber bestimmen.
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Alternativ oder zusätzlich dazu können die Kommunikationseinheiten M, S1, S2 zur Kompensierung der Latenzen einen oder mehrere Kompensationswerte weitergeben und/oder austauschen.
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Gemäß einer ersten exemplarischen Ausgestaltung läuft die Kompensationsprozedur wie folgt ab:
- Die Kommunikationseinheit M erzeugt innerhalb des seriellen Datenstroms ein Testsignal, das den Kommunikationspfad durchläuft.
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Jede Kommunikationseinheit M, S1, S2 setzt ihren Zeitgeber ZG bei Empfang des Testsignals auf einen initialen Wert. Der initale Werte kann beispielsweise durch die Kommunikationseinheit M vorgegeben sein und zusammen mit dem Testsignal (oder als Testsignal) übertragen werden.
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Jede Kommunikationseinheit M, S1, S2 misst die Laufzeit des Testsignals zwischen ihrem ersten Ausgang A1 und ihrem zweiten Eingang E2; also den Zeitunterschied zwischen Ausgabe und Empfang des Testsignals an der gleichen Kommunikationseinheit.
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Die gemessenen Zeitunterschiede werden als Kompensationsermittlungswerte an die jeweils nachgeschaltete Kommunikationseinheit übertragen - also von der Kommunikationseinheit M an die Kommunikationseinheit S1 und von der Kommunikatonseinheit S1 an die Kommunikationseinheit S2.
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Die Kommunikationseinheit S1 ermittelt auf Basis des Kompensationsermittlungswerts von der Kommunikationseinheit M und ihres selbst gemessenen Zeitwerts einen Kompensationswert. Der Kompensationswert entspricht der Laufzeit von der Kommunikationseinheit M zu der Kommunikationseinheit S1. Die Kommunikationseinheit S1 korrigiert den Zeitwert ihres Zeitgebers auf Basis des Kompensationswerts. Ferner überträgt die Kommunikationseinheit S1 ihren Kompensationswert an die Kommunikationseinheit S2.
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Die Kommunikationseinheit S2 ermittelt auf Basis des Kompensationsermittlungswerts von der Kommunikationseinheit S1 und ihres selbst gemessenen Zeitwerts einen Kompensationswert. Der Kompensationswert entspricht der Laufzeit von der Kommunikationseinheit S1 zu der Kommunikationseinheit S2. Die Kommunikationseinheit S2 korrigiert den Zeitwert ihres Zeitgebers auf Basis ihres eigenen Kompensationswerts und des von der Kommunikationseinheit S1 erhaltenen Kompensationswerts.
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Im Ergebnis sind die Zeitwerte der Kommunikationseinheiten S1, S2 auf den Zeitwert der Kommunikationseinheit M korrigiert.
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Gemäß einer zweiten exemplarischen Ausgestaltung läuft die Kompensationsprozedur wie folgt ab:
- Die Kommunikationseinheit M erzeugt innerhalb des seriellen Datenstroms ein Testsignal, das den Kommunikationspfad durchläuft.
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Jede Kommunikationseinheit M, S1, S2 setzt ihren Zeitgeber ZG bei Empfang des Testsignals auf einen initialen Wert. Der initale Werte kann beispielsweise durch die Kommunikationseinheit M vorgegeben sein und/oder zusammen mit dem Testsignal (oder als Testsignal) übertragen werden.
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Jede Kommunikationseinheit M, S1, S2 misst die Laufzeit des Testsignals zwischen ihrem ersten Ausgang A1 und ihrem zweiten Eingang E2; also den Zeitunterschied zwischen Ausgabe und Empfang des Testsignals an der gleichen Kommunikationseinheit.
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Die Kommunikationseinheit M überträgt ihren gemessenen Zeitunterschied als Kompensationsermittlungswert an alle nachfolgenden Kommunikationseinheiten S1, S2.
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Die Kommunikationseinheit S1 ermittelt auf Basis des Kompensationsermittlungswerts von der Kommunikationseinheit M und ihres selbst gemessenen Zeitwerts einen Kompensationswert. Der Kompensationswert entspricht der Laufzeit von der Kommunikationseinheit M zu der Kommunikationseinheit S1. Die Kommunikationseinheit S1 korrigiert den Zeitwert ihres Zeitgebers auf Basis des Kompensationswerts.
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Die Kommunikationseinheit S2 ermittelt auf Basis des Kompensationsermittlungswerts von der Kommunikationseinheit M und ihres selbst gemessenen Zeitwerts einen Kompensationswert. Der Kompensationswert entspricht der Laufzeit von der Kommunikationseinheit M zu der Kommunikationseinheit S2. Die Kommunikationseinheit S2 korrigiert den Zeitwert ihres Zeitgebers auf Basis des Kompensationswerts.
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Im Ergebnis sind die Zeitwerte der Kommunikationseinheiten S1, S2 auf den Zeitwert der Kommunikationseinheit M korrigiert.
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Gemäß einer dritten möglichen Ausgestaltung läuft die Kompensationsprozedur wie folgt ab:
- Die Kommunikationseinheit M erzeugt innerhalb des seriellen Datenstroms ein Testsignal, das den Kommunikationspfad durchläuft.
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Jede Kommunikationseinheit M, S1, S2 erzeugt bei jedem Empfang und jedem Senden des Testsignals einen jeweiligen Zeitstempel. Exemplarisch erzeugt die Kommunikationseinheit M beim Senden des Testsignals über den Ausgang A1 den Zeitstempel ZS_M_A1 und beim Empfangen des Testsignals über den Eingang E2 den Zeitstempel ZS_M_E2. Exemplarisch erzeugt die Kommunikationseinheit S1 beim Empfangen des Testsignals über den Eingang E1 den Zeitstempel ZS_S1_E1, beim Senden des Testsignals über den Ausgang A1 den Zeitstempel ZS_S1_A1, beim Empfangen des Testsignals über den Eingang E2 den Zeitstempel ZS_S1_E2 und beim Senden des Testsignals über den Ausgang A2 den Zeitstempel ZS_S1_A2. Exemplarisch erzeugt die Kommunikationseinheit S2 beim Empfangen des Testsignals über den Eingang E1 den Zeitstempel ZS_S2_E1, beim Senden des Testsignals über den Ausgang A1 den Zeitstempel ZS_S2_A1, beim Empfangen des Testsignals über den Eingang E2 den Zeitstempel ZS_S2_E2 und beim Senden des Testsignals über den Ausgang A2 den Zeitstempel ZS_S2_A2.
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Jede Kommunikationseinheit M, S1, S2 berechnet wenigstens eine Laufzeit des Testsignals zwischen einem Eingang und einem Ausgang. Zweckmäßigerweise berechnet die Kommunikationseinheit M die Zeitdifferenz ZD1_M als Differenz zwischen ZS_M_E2 und ZS_M_A1. Die Kommunikationseinheit S1 berechnet zweckmäßigerweise eine erste Zeitdifferenz ZD1_S1 als Differenz zwischen ZS_S1_A2 und ZS_S1_E1. Zweckmäßigerweise berechnet die Kommunikationseinheit S1 ferner eine zweite Zeitdifferenz ZD2_S1 als Differenz zwischen ZS_S1_E2 und ZS_S1_A1. Die Kommunikationseinheit S2 berechnet zweckmäßigerweise eine erste Zeitdifferenz ZD1_S2 als Differenz zwischen ZS_S2_A2 und ZS_S2_E1. Zweckmäßigerweise berechnet die Kommunikationseinheit S2 ferner eine zweite Zeitdifferenz ZD2_S2 als Differenz zwischen ZS_S2_E2 und ZS_S2_A1.
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Die Kommunikationseinheit M überträgt zweckmäßigerweise die Zeitdifferenz ZD1 M und ihren Zeitstempel ZS_M_A1 an jede Kommunikationseinheit S1, S2.
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Die Kommunikationseinheit S1 ist ausgebildet, auf Basis der ersten Zeitdifferenz ZD1_S1 und auf Basis der Zeitdifferenz ZD1_M die Laufzeit L_M_S1 von der Kommunikationseinheit M zu der Kommunikationseinheit S1 zu berechnen. Beispielsweise wird die Differenz der beiden Zeitdifferenzen ZD1_S1 und ZD1_M gebildet und durch den vorstehend erwähnten Leitungsparameter geteilt, um die genannte Laufzeit L_M_S1 zu berechnen.
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Die Kommunikationseinheit S1 ist ferner ausgebildet, auf Basis der Zeitstempel ZS_S1_E1 und ZS_M_A1 eine Zeitdifferenz ZD_S1_M zwischen dem Zeitwert bzw. dem Zeitgeber ZG der Kommunikationseinheit S1 und dem Zeitwert bzw. dem Zeitgeber ZG der Kommunikationseinheit M zu berechnen.
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Die Kommunikationseinheit S1 ist ausgebildet, ihren lokalen Zeitgeber ZG bzw. ihren Zeitwert auf Basis der Laufzeit L_M_S1 und der Zeitdifferenz ZD_S1_M zu korrigieren.
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Die Kommunikationseinheit S2 ist ausgebildet, auf Basis der ersten Zeitdifferenz ZD1_S2 und auf Basis der Zeitdifferenz ZD1_M die Laufzeit L_M_S2 von der Kommunikationseinheit M zu der Kommunikationseinheit S2 zu berechnen. Beispielsweise wird die Differenz der beiden Zeitdifferenzen ZD1_S2 und ZD1_M gebildet und durch den vorstehend erwähnten Leitungsparameter geteilt, um die genannte Laufzeit L_M_S2 zu berechnen.
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Die Kommunikationseinheit S2 ist ferner ausgebildet, auf Basis der Zeitstempel ZS_S2_E1 und ZS_M_A1 eine Zeitdifferenz ZD_S2_M zwischen dem Zeitwert bzw. dem Zeitgeber ZG der Kommunikationseinheit S2 und dem Zeitwert bzw. dem Zeitgeber ZG der Kommunikationseinheit M zu berechnen.
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Die Kommunikationseinheit S2 ist ausgebildet, ihren lokalen Zeitgeber ZG bzw. ihren Zeitwert auf Basis der Laufzeit L_M_S2 und der Zeitdifferenz ZD_S2_M zu korrigieren.
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Im Ergebnis sind die Zeitwerte der Kommunikationseinheiten S1, S2 auf den Zeitwert der Kommunikationseinheit M korrigiert.
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Im folgenden soll eine Prozedur zur Ermittlung einer Kabellänge erläutert werden:
- Die Kommunikationseinheit M erzeugt innerhalb des seriellen Datenstroms ein Testsignal, das den Kommunikationspfad durchläuft.
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Jede Kommunikationseinheit M, S1, S2 erzeugt bei jedem Empfang und jedem Senden des Testsignals einen jeweiligen Zeitstempel. Exemplarisch erzeugt die Kommunikationseinheit M beim Senden des Testsignals über den Ausgang A1 den Zeitstempel ZS_M_A1 und beim Empfangen des Testsignals über den Eingang E1 den Zeitstempel ZS_M_E1. Exemplarisch erzeugt die Kommunikationseinheit S1 beim Empfangen des Testsignals über den Eingang E1 den Zeitstempel ZS_S1_E1, beim Senden des Testsignals über den Ausgang A1 den Zeitstempel ZS_S1_A1, beim Empfangen des Testsignals über den Eingang E2 den Zeitstempel ZS_S1_E2 und beim Senden des Testsignals über den Ausgang A2 den Zeitstempel ZS_S1_A2. Exemplarisch erzeugt die Kommunikationseinheit S2 beim Empfangen des Testsignals über den Eingang E1 den Zeitstempel ZS_S2_E1, beim Senden des Testsignals über den Ausgang A1 den Zeitstempel ZS_S2_A1, beim Empfangen des Testsignals über den Eingang E2 den Zeitstempel ZS_S2_E2 und beim Senden des Testsignals über den Ausgang A2 den Zeitstempel ZS_S2_A2.
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Jede Kommunikationseinheit M, S1, S2 berechnet wenigstens eine Laufzeit des Testsignals zwischen einem Eingang und einem Ausgang. Zweckmäßigerweise berechnet die Kommunikationseinheit M die Zeitdifferenz ZD1 M als Differenz zwischen ZS_M_E2 und ZS_M_A1. Die Kommunikationseinheit S1 berechnet zweckmäßigerweise eine erste Zeitdifferenz ZD1_S1 als Differenz zwischen ZS_S1_A2 und ZS_S1_E1. Zweckmäßigerweise berechnet die Kommunikationseinheit S1 ferner eine zweite Zeitdifferenz ZD2_S1 als Differenz zwischen ZS_S1_E2 und ZS_S1_A1. Die Kommunikationseinheit S2 berechnet zweckmäßigerweise eine erste Zeitdifferenz ZD1_S2 als Differenz zwischen ZS_S2_A2 und ZS_S2_E1. Zweckmäßigerweise berechnet die Kommunikationseinheit S2 ferner eine zweite Zeitdifferenz ZD2_S2 als Differenz zwischen ZS_S2_E2 und ZS_S2_A1.
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Die Kommunikationseinheit S1 überträgt ihre erste Zeitdifferenz ZD1_S1 und ihre zweite Zeitdifferenz ZD2_S1 an die Kommunikationseinheit M. Die Kommunikationseinheit S2 überträgt ihre erste Zeitdifferenz ZD1_S2 und ihre zweite Zeitdifferenz ZD2_S2 an die Kommunikationseinheit M.
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Die Kommunikationseinheit M berechnet aus ZD2_S1 und ZD1 S2 die Laufzeit auf der Leitung L2, zweckmäßigerweise unter Berücksichtigung des vorstehend genannten Leitungsparameters. Die Kommunikationseinheit M berechnet auf Basis der Laufzeit und auf Basis eines Ausbreitungsgeschwindigkeitswerts die Länge der Leitung L2.
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Zweckmäßigerweise wird ein Steuergerät bereitgestellt, umfassend eine vorstehend beschriebene Kommunikationseinheit M, S1, S2. Das Steuergerät ist ausgebildet, den von der Kommunikationseinheit bereitgestellten Zeitwert als Zeitstempel zu verwenden und/oder eine zeitgesteuerte Ansteuerung einer Funktionseinheit, insbesondere eines Aktors, Sensors und/oder einer Signaleinheit, gemäß dem Zeitwert vorzunehmen. Bei dem Steuergerät handelt es sich vorzugsweise um ein Feldgerät.
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Zweckmäßigerweise wird eine Mehrzahl an Steuergeräten, insbesondere Feldgeräten bereitgestellt, wobei jedes Steuergerät eine oder mehrere der Kommunikationseinheiten M, S1, S2 umfasst. Vorzugsweise verfügt jedes Steuergerät über ein eigenes Gehäuse, in dem die jeweilige Kommunikationseinheit und/oder die Funktionseinheit angeordnet ist. Ferner können ein oder mehrere Steuergeräte jeweils über ein oder mehrere Module verfügen, wobei in den Modulen jeweils eine Kommunikationseinheit und/oder eine Funktionseinheit angeordnet ist. Zweckmäßigerweise verfügt jedes Modul über ein eigenes Gehäuse.
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Zweckmäßigerweise sind die Steuergeräte ausgebildet, auf Basis des von der jeweils zugehörigen Kommunikationseinheit bereitgestellten Zeitwerts eine zeitlich abgestimmte, insbesondere synchrone, Ansteuerung ihrer jeweils zugehörigen Funktionseinheit durchzuführen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst jedes Steuergerät als Funktionseinheit eine Signaleinheit, insbesondere eine Anzeige und/oder eine LED, und ist ausgebildet, auf Basis ihres jeweiligen Zeitwerts ein Signal, beispielsweise ein optisches Signal, synchron zu Signalen der Signaleinheiten der anderen Steuergeräte bereitzustellen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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