专利名称：数字数据串行传输的通信接口及其对应的数据传输方法
在串行数据传输时，经常需要在速度、抗干扰性、耗电等参数之间进行折衷。使用分开的数据线、时钟线和控制线的同步传输在给定时钟频率的情况下能够达到最高的数据传输率。但这种同步传输对干扰特别敏感，因此只适合于应用在为识别多重错误的数据安全机制中。
其它方法，如时钟再生的同步传输或异步传输，在同样的时钟频率下特别缓慢。其中的原因在于为产生同步而必须传输的附加信息或必要的多次扫描。传输速率的提高只能通过成比例地增加耗电量而有限地实现。
本发明的目的是给出一种数字数据串行传输的通信接口以及一种按比特方式传输数字数据的串行数据传输方法，使用这种接口或这种方法能够实现一种具有同步传输的高速优势以及在时钟和数据之间可靠同步的抗干扰的串行传输方法。
众所周知，为了保证一种足够强的抗干扰传输，通过屏蔽或限制长度可以使传输线路如此可靠，能够识别单个的错误。在这种情况下，需要在控制线上用开始/结束同步信号对数据传输的开始和结束进行同步。比特同步是通过对开始和结束信号之间的时钟数进行计数来监视的。数据本身通过奇偶校验比特得到保护。
在时钟再生的同步传输中，对有用信息进行编码，以便所形成的比特流中包含足够数量的边沿变化(曼彻斯特编码，零比特插入/删除，4B/5B等)，据此，发送时钟就能够重新产生(比特同步)。开始/结束同步用特定的比特序列实现，这种比特序列不会在其余的电报中出现(BOF、EOF)。其缺点是编码之后要传输大量的数据(1.25到2倍)。其中起决定作用的是附加的开始/结束信号识别，特别是在传输少量信息时。
而在异步传输方法中，比特同步通过开始和结束比特实现。然而比特同步只能在有限的比特时间数内得到保证，因而要规律性地重复这种比特同步过程。电报的开始/结束同步象同步传输那样采用显式开始/结束识别的时钟再生法实现。此时其缺点也是需要传输大量的数据。此外异步传输时必须进行多次扫描，使得要么降低数据率，要么提高耗电量。
本发明解决了这个问题，其中，在发射机内将要传输的部分信息，如数据、时钟、数据传输的开始及结束，按特定的编码方法转换为特殊的状态序列，在接收机内从将这些状态序列重新变换成上述的部分信息。
为此设置一种数字数据串行传输的通信接口，其中，设置至少三根信号线，每根信号线都可有″高″电平或″低″电平，要传输的数据可以通过所述至少三根信号线(Tx0、Tx1、Tx2)中的两根的电平变化来编码，并因此通过从第一个电平n重点(Pegel-n-Tupel)到第二个电平n重点的转换来编码。
在仅设置三根信号线(Tx0、Tx1、Tx2)时，要传输的数据可以通过从第一个电平三重点到第二个电平三重点的转换来编码。由于所述通信接口例如也可以传输同步信息，″数据″一词附加地至少还包括此种信息。
从第一个电平n重点到第二个电平n重点或第一个电平三重点到第二个电平三重点的允许转换在一种编码方案中确定，并可以以这种形式存储到经过所述通信接口建立通信联系的通信站。因此，该编码方案在接收机内尤其可用于错误的识别和抑制。
因此，按比特方式传输数字数据的串行数据传输方法是可行的，其中，设置至少三根信号线，每根信号线都可有″高″电平或″低″电平，要传输的数据可以通过所述至少三根信号线(Tx0、Tx1、Tx2)中的两根的电平变化来编码，并因此通过从第一个电平三重点到第二个电平三重点的转换来编码。
当要传输的数据比特通过所述至少三根信号线中的两根的电平变化来编码时，则这种数据传输对干扰特别不敏感。
当至少两根信号线的电平反向变化时，干扰敏感性会进一步降低。
当数据传输的开始和结束可以通过所述至少三根信号线各自电平的逆转来编码时，只用一比特时间就能够完成开始/结束同步，从而能够在短电报时获得更高的数据量。
下面借助附图所示实施例对本发明以及具有从属权利要求的特征其它有有利发明设计进一步说明。附图中
图1采用状态图示出状态序列编码原理；图2示出具有状态序列编码的有用数据的传输。
按照下面图1解释确定的编码方法，要传输的部分信息转换为特殊的状态序列。
图1中的状态图展现六个节点以及定义在这些节点之间的转换。每一个节点表示一个电平三重点或状态三重点。在总线传输时，只使用001B、010B和100B三种状态，因为在这些状态三重点中在从第一个三重点到第二个三重点转换时，恰有两个电平反向变化。在这里，从电平三重点001B到电平三重点010B的转换表征逻辑1的传输；从电平三重点001B到电平三重点100B的转换表征逻辑0的传输；依此类推。
在总线静默R时，只使用110B、101B和011B三种状态，因为从集合中的第一个状态三重点到集合中的第二个状态三重点转换时，又是恰有两个电平反向变化。
为了从数据传输T的工作模式转到总线静默R的工作模式，或从总线静默R的工作模式转到数据传输T的工作模式，需要一个开始/结束转换。这种开始/结束转换的特征为所有三个电平的逆转。当上一步的数据传输中传输的是从电平三重点010B转换到电平三重点100B的逻辑1时，紧跟着的是从电平三重点100B到电平三重点011B的结束转换。由此转换到总线静默R的工作模式，在此期间电平三重点110B所具有的电平施加到到所述三根信号线上。从这个总线静默R的状态通过开始转换又回到数据传输T的工作模式，即电平三重点001B，其中，逻辑1表示为转换到电平三重点010B，而逻辑0表示为转换到电平三重点100B。
所述三根信号线的实际状态分别通过状态图中的节点来表征。在某个特定时刻，状态图中只有一个节点有效。状态图中各节点为某路径上的相同位置定义在节点之间的转换确定可能的路径。状态图中没有定义的转换是不可能的；因此在图1中例如不可能从电平三重点001B直接转换到电平三重点011B。按图1用状态图确定的编码方法即为状态序列编码方法。此外也有可能应用数据保护机识别多重错误以及纠正错误。
图2示出按照状态转移编码原理进行数据传输的一个例子。不仅在发射机S内(图中上三分之一的第一行)而且在接收机E内(图中下三分之一的第一行)按比特顺序显示了数据D和D′。按传统的方法，数据D和D′的特征为″高″电平和″低电平″的转换，其中借助于时钟信号C(分别为图中上三分之一和下三分之一的中间行)可以确定多个相互紧接在一起的同类电平。当开始/结束导线为高电平时开始数据传输，当开始/结束导线重新变回低电平时结束数据传输(分别为图中上三分之一和下三分之一的第三行)。
图中中间三分之一表示的是传输线L即所述三根信号线(Tx0、Tx1、Tx2)上的信号序列，该信号序列按照发送数据D(图中上三分之一的第一行)的状态序列编码得到。在接收机E内按照状态序列编码的编码方法将发送数据D重新转换为比特数据D′(图中下三分之一的第一行)。
权利要求
1.一种数字数据串行传输的通信接口，其中，设置至少三根信号线(Tx0、Tx1、Tx2)，每根信号线都可有″高″电平或″低″电平，要传输的数据可以通过至少所述三根信号线(Tx0、Tx1、Tx2)中的至少两根的电平变化来编码，并因此通过从第一个电平n重点到第二个电平n重点的转换来编码。
2.根据权利要求1所述的通信接口，其特征在于第一个电平n重点或第二个电平n重点是第一个电平三重点或第二个电平三重点。
3.根据权利要求1或2所述的通信接口，其特征在于至少两根信号线的电平反向变化。
4.根据上述任一项权利要求所述的通信接口，其特征在于数据传输的开始和结束可以通过三根信号线(Tx0、Tx1、Tx2)各自电平的逆转来编码。
5.一种按比特方式传输数字数据的串行数据传输方法，其中，设置至少三根信号线(Tx0、Tx1、Tx2)，每根信号线都可有″高″电平或″低″电平，要传输的数据可以通过所述至少三根信号线(Tx0、Tx1、Tx2)中的两根的电乎变化来编码，并因此通过从第一个电平n重点(Tupel)到第二个电平n重点的转换来编码。
6.根据权利要求5所述的串行数据传输方法，其特征在于第一个电平n重点或第二个电平n重点是第一个电平三重点或第二个电平三重点。
7.根据权利要求4或5所述的串行数据传输方法，其特征在于数据传输的开始和结束可以通过所述三根信号线(Tx0、Tx1、Tx2)各自电平的逆转来编码。
8.一种控制和/或监视一种可与其他自动化设备通信联系的技术过程的自动化设备，其特征在于该自动化设备具有根据权利要求1、2、3或5所述的通信接口。
9.一种控制和/或监视一种可与其他自动化设备通信联系的技术过程的自动化设备，其特征在于建立通信联系的自动化设备之间的数据交换按照权利要求5、6、7或8中任一项所述的数据传输方法来实现。
全文摘要
本发明涉及数字数据串行传输的一种通信接口以及一种数据传输方法,其中,设置至少三根信号线(Tx0、Tx1、Tx2),每根信号线都可有“高”电平或“低”电平,要传输的数据可以通过所述至少三根信号线(Tx0、Tx1、Tx2)中的两根的电平变化来编码,并因此通过从第一个电平三重点到第二个电平三重点的转换来编码。
文档编号H04L25/02GK1270679SQ98809171
公开日2000年10月18日 申请日期1998年12月7日 优先权日1997年12月18日
发明者汉斯-于尔根·拜尔 申请人:西门子公司