專利名稱：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)串行傳輸?shù)耐ㄐ沤涌诩捌鋵?yīng)的數(shù)據(jù)傳輸方法
在串行數(shù)據(jù)傳輸時，經(jīng)常需要在速度、抗干擾性、耗電等參數(shù)之間進(jìn)行折衷。使用分開的數(shù)據(jù)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(dá)到最高的數(shù)據(jù)傳輸率。但這種同步傳輸對干擾特別敏感，因此只適合于應(yīng)用在為識別多重錯誤的數(shù)據(jù)安全機(jī)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。其中的原因在于為產(chǎn)生同步而必須傳輸?shù)母郊有畔⒒虮匾亩啻螔呙琛鬏斔俾实奶岣咧荒芡ㄟ^成比例地增加耗電量而有限地實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的目的是給出一種數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)串行傳輸?shù)耐ㄐ沤涌谝约耙环N按比特方式傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的串行數(shù)據(jù)傳輸方法，使用這種接口或這種方法能夠?qū)崿F(xiàn)一種具有同步傳輸?shù)母咚賰?yōu)勢以及在時鐘和數(shù)據(jù)之間可靠同步的抗干擾的串行傳輸方法。
眾所周知，為了保證一種足夠強(qiáng)的抗干擾傳輸，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(jié)束同步信號對數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_始和結(jié)束進(jìn)行同步。比特同步是通過對開始和結(jié)束信號之間的時鐘數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)來監(jiān)視的。數(shù)據(jù)本身通過奇偶校驗(yàn)比特得到保護(hù)。
在時鐘再生的同步傳輸中，對有用信息進(jìn)行編碼，以便所形成的比特流中包含足夠數(shù)量的邊沿變化(曼徹斯特編碼，零比特插入/刪除，4B/5B等)，據(jù)此，發(fā)送時鐘就能夠重新產(chǎn)生(比特同步)。開始/結(jié)束同步用特定的比特序列實(shí)現(xiàn)，這種比特序列不會在其余的電報中出現(xiàn)(BOF、EOF)。其缺點(diǎn)是編碼之后要傳輸大量的數(shù)據(jù)(1.25到2倍)。其中起決定作用的是附加的開始/結(jié)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(jié)束比特實(shí)現(xiàn)。然而比特同步只能在有限的比特時間數(shù)內(nèi)得到保證，因而要規(guī)律性地重復(fù)這種比特同步過程。電報的開始/結(jié)束同步象同步傳輸那樣采用顯式開始/結(jié)束識別的時鐘再生法實(shí)現(xiàn)。此時其缺點(diǎn)也是需要傳輸大量的數(shù)據(jù)。此外異步傳輸時必須進(jìn)行多次掃描，使得要么降低數(shù)據(jù)率，要么提高耗電量。
本發(fā)明解決了這個問題，其中，在發(fā)射機(jī)內(nèi)將要傳輸?shù)牟糠中畔?，如?shù)據(jù)、時鐘、數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_始及結(jié)束，按特定的編碼方法轉(zhuǎn)換為特殊的狀態(tài)序列，在接收機(jī)內(nèi)從將這些狀態(tài)序列重新變換成上述的部分信息。
為此設(shè)置一種數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)串行傳輸?shù)耐ㄐ沤涌?，其中，設(shè)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?shù)臄?shù)據(jù)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，并因此通過從第一個電平n重點(diǎn)(Pegel-n-Tupel)到第二個電平n重點(diǎn)的轉(zhuǎn)換來編碼。
在僅設(shè)置三根信號線(Tx0、Tx1、Tx2)時，要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可以通過從第一個電平三重點(diǎn)到第二個電平三重點(diǎn)的轉(zhuǎn)換來編碼。由于所述通信接口例如也可以傳輸同步信息，″數(shù)據(jù)″一詞附加地至少還包括此種信息。
從第一個電平n重點(diǎn)到第二個電平n重點(diǎn)或第一個電平三重點(diǎn)到第二個電平三重點(diǎn)的允許轉(zhuǎn)換在一種編碼方案中確定，并可以以這種形式存儲到經(jīng)過所述通信接口建立通信聯(lián)系的通信站。因此，該編碼方案在接收機(jī)內(nèi)尤其可用于錯誤的識別和抑制。
因此，按比特方式傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的串行數(shù)據(jù)傳輸方法是可行的，其中，設(shè)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?shù)臄?shù)據(jù)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，并因此通過從第一個電平三重點(diǎn)到第二個電平三重點(diǎn)的轉(zhuǎn)換來編碼。
當(dāng)要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)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(shù)據(jù)傳輸對干擾特別不敏感。
當(dāng)至少兩根信號線的電平反向變化時，干擾敏感性會進(jìn)一步降低。
當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_始和結(jié)束可以通過所述至少三根信號線各自電平的逆轉(zhuǎn)來編碼時，只用一比特時間就能夠完成開始/結(jié)束同步，從而能夠在短電報時獲得更高的數(shù)據(jù)量。
下面借助附圖所示實(shí)施例對本發(fā)明以及具有從屬權(quán)利要求的特征其它有有利發(fā)明設(shè)計(jì)進(jìn)一步說明。附圖中

圖1采用狀態(tài)圖示出狀態(tài)序列編碼原理；圖2示出具有狀態(tài)序列編碼的有用數(shù)據(jù)的傳輸。
按照下面圖1解釋確定的編碼方法，要傳輸?shù)牟糠中畔⑥D(zhuǎn)換為特殊的狀態(tài)序列。
圖1中的狀態(tài)圖展現(xiàn)六個節(jié)點(diǎn)以及定義在這些節(jié)點(diǎn)之間的轉(zhuǎn)換。每一個節(jié)點(diǎn)表示一個電平三重點(diǎn)或狀態(tài)三重點(diǎn)。在總線傳輸時，只使用001B、010B和100B三種狀態(tài)，因?yàn)樵谶@些狀態(tài)三重點(diǎn)中在從第一個三重點(diǎn)到第二個三重點(diǎn)轉(zhuǎn)換時，恰有兩個電平反向變化。在這里，從電平三重點(diǎn)001B到電平三重點(diǎn)010B的轉(zhuǎn)換表征邏輯1的傳輸；從電平三重點(diǎn)001B到電平三重點(diǎn)100B的轉(zhuǎn)換表征邏輯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(tài)，因?yàn)閺募现械牡谝粋€狀態(tài)三重點(diǎn)到集合中的第二個狀態(tài)三重點(diǎn)轉(zhuǎn)換時，又是恰有兩個電平反向變化。
為了從數(shù)據(jù)傳輸T的工作模式轉(zhuǎn)到總線靜默R的工作模式，或從總線靜默R的工作模式轉(zhuǎn)到數(shù)據(jù)傳輸T的工作模式，需要一個開始/結(jié)束轉(zhuǎn)換。這種開始/結(jié)束轉(zhuǎn)換的特征為所有三個電平的逆轉(zhuǎn)。當(dāng)上一步的數(shù)據(jù)傳輸中傳輸?shù)氖菑碾娖饺攸c(diǎn)010B轉(zhuǎn)換到電平三重點(diǎn)100B的邏輯1時，緊跟著的是從電平三重點(diǎn)100B到電平三重點(diǎn)011B的結(jié)束轉(zhuǎn)換。由此轉(zhuǎn)換到總線靜默R的工作模式，在此期間電平三重點(diǎn)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(tài)通過開始轉(zhuǎn)換又回到數(shù)據(jù)傳輸T的工作模式，即電平三重點(diǎn)001B，其中，邏輯1表示為轉(zhuǎn)換到電平三重點(diǎn)010B，而邏輯0表示為轉(zhuǎn)換到電平三重點(diǎn)100B。
所述三根信號線的實(shí)際狀態(tài)分別通過狀態(tài)圖中的節(jié)點(diǎn)來表征。在某個特定時刻，狀態(tài)圖中只有一個節(jié)點(diǎn)有效。狀態(tài)圖中各節(jié)點(diǎn)為某路徑上的相同位置定義在節(jié)點(diǎn)之間的轉(zhuǎn)換確定可能的路徑。狀態(tài)圖中沒有定義的轉(zhuǎn)換是不可能的；因此在圖1中例如不可能從電平三重點(diǎn)001B直接轉(zhuǎn)換到電平三重點(diǎn)011B。按圖1用狀態(tài)圖確定的編碼方法即為狀態(tài)序列編碼方法。此外也有可能應(yīng)用數(shù)據(jù)保護(hù)機(jī)識別多重錯誤以及糾正錯誤。
圖2示出按照狀態(tài)轉(zhuǎn)移編碼原理進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊粋€例子。不僅在發(fā)射機(jī)S內(nèi)(圖中上三分之一的第一行)而且在接收機(jī)E內(nèi)(圖中下三分之一的第一行)按比特順序顯示了數(shù)據(jù)D和D′。按傳統(tǒng)的方法，數(shù)據(jù)D和D′的特征為″高″電平和″低電平″的轉(zhuǎn)換，其中借助于時鐘信號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(dāng)開始/結(jié)束導(dǎo)線為高電平時開始數(shù)據(jù)傳輸，當(dāng)開始/結(jié)束導(dǎo)線重新變回低電平時結(jié)束數(shù)據(jù)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(fā)送數(shù)據(jù)D(圖中上三分之一的第一行)的狀態(tài)序列編碼得到。在接收機(jī)E內(nèi)按照狀態(tài)序列編碼的編碼方法將發(fā)送數(shù)據(jù)D重新轉(zhuǎn)換為比特數(shù)據(jù)D′(圖中下三分之一的第一行)。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)串行傳輸?shù)耐ㄐ沤涌冢渲?，設(shè)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?shù)臄?shù)據(jù)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，并因此通過從第一個電平n重點(diǎn)到第二個電平n重點(diǎn)的轉(zhuǎn)換來編碼。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信接口，其特征在于第一個電平n重點(diǎn)或第二個電平n重點(diǎn)是第一個電平三重點(diǎn)或第二個電平三重點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的通信接口，其特征在于至少兩根信號線的電平反向變化。
4.根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的通信接口，其特征在于數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_始和結(jié)束可以通過三根信號線(Tx0、Tx1、Tx2)各自電平的逆轉(zhuǎn)來編碼。
5.一種按比特方式傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的串行數(shù)據(jù)傳輸方法，其中，設(shè)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?shù)臄?shù)據(jù)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，并因此通過從第一個電平n重點(diǎn)(Tupel)到第二個電平n重點(diǎn)的轉(zhuǎn)換來編碼。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的串行數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于第一個電平n重點(diǎn)或第二個電平n重點(diǎn)是第一個電平三重點(diǎn)或第二個電平三重點(diǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的串行數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_始和結(jié)束可以通過所述三根信號線(Tx0、Tx1、Tx2)各自電平的逆轉(zhuǎn)來編碼。
8.一種控制和/或監(jiān)視一種可與其他自動化設(shè)備通信聯(lián)系的技術(shù)過程的自動化設(shè)備，其特征在于該自動化設(shè)備具有根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或5所述的通信接口。
9.一種控制和/或監(jiān)視一種可與其他自動化設(shè)備通信聯(lián)系的技術(shù)過程的自動化設(shè)備，其特征在于建立通信聯(lián)系的自動化設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換按照權(quán)利要求5、6、7或8中任一項(xiàng)所述的數(shù)據(jù)傳輸方法來實(shí)現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)串行傳輸?shù)囊环N通信接口以及一種數(shù)據(jù)傳輸方法,其中,設(shè)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?shù)臄?shù)據(jù)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,并因此通過從第一個電平三重點(diǎn)到第二個電平三重點(diǎn)的轉(zhuǎn)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(yōu)先權(quán)日1997年12月18日
發(fā)明者漢斯-于爾根·拜爾 申請人:西門子公司