本发明涉及一种用于在两个物理接口之间传输数据的设备以及方法，这些物理接口相对彼此沿着一个轨迹(trajektorie)可运动地设置。
背景技术：
对于经由传输通道传输数字式数据的能力而言的度量(maβ)是数据传输率，该数据传输率说明了在一个时间段内能够无错误地传输的数字式数据量。至少这种说明涉及到最小的数据单元：比特位(bit)，从而术语“数据传输率”是基于所谓的比特率(位率)，其单位是bit/s。
用于实现快速数据传输(例如具有100mbit/s或1gbit/s以及更高的传输率)的特别挑战在于：沿着传输通道进行无错误的数据传输，该传输通道设有无接触的和/或动态可变的数据传输单元(例如呈接触式或者无接触式旋转传输装置的形式)。不同于阻抗减小的连续式传输线路，上述数据传输单元沿着传输通道形成了干扰源，该干扰源影响到要传输的数字式数据的信号品质，该干扰源反作用于“快速数据信号”(也即具有高数据传输率的数据)的无错误地传输。
在图2中示出作为两个物理接口1、2之间的数字式数据传输的方框图本身已知的结构。沿着将这两个物理接口1、2连接的数据传输通道
通过数据传输单元3所引起的对正在传输的数字式数据的干扰的程度可以根据所谓的眼图(augendiagramm)来阐明和判断，这分别在图3a和3b中阐明，这种干扰在从第一接口到第二接口进行数据传输的情况下在第二接口上存在，该第二接口连接至另外的分接头(abgriff)。在这两个图中，沿着纵坐标分别记录有信号电平，也即：各下部电平级别相应于“0”，并且上部电平级别相应于“1”，并且沿着相应于时间轴的横坐标可获悉通断时间，根据该通断时间可获悉在比特信号“0”与“1”之间在时间上的真实通断持续时间。
图3a表示1.25gbit/s的数据传输率，在图3a的情况下，显著形成“眼睛”a水平且竖直地张开，这表示了良好的信号品质和与之相关联的明确的在接收侧的正确的(也即无错误的)信号探测。在图3b的情况下，图3b表示相当于3.125gbit/s数据传输率的数字传输，在此“眼睛”a显著闭合，由此，所接收的数据的无错误探测是不可能的或者是不容易实现的。根据数据传输单元的构造(例如呈无接触式数据传输单元的形式和/或呈具有两个相对彼此可运动地相互支承的耦合元件的数据传输单元的形式)一方面以不同程度形成幅值波动以及所谓的抖动(jitter)，其特征在于，关于正在传输的数字式数据信号的频率以及相位方面在时间上的节奏抖动(taktzittern)。如果在网络结构的范畴内进行数据传输，那么，为了可靠地数据交换，则需要网络协议，该网络协议的复杂性反应在osi层模型中，该osi层模型具有上下叠置构建的七个层，其中，第一层形成所谓的比特位传输层，该比特位传输层限定出对为了数据传输所需要的所有硬件构件的要求。如果该层构造成使得在所有应用条件下确保了经由数据传输单元无错误的数据传输，则关于数据修正方面首先就完全不会用到网络协议的较高的层。以太网(作为最广泛应用的协议接口)当今特别是即使在工业应用中也形成广泛应用的标准。特别是在直接控制和进行工艺过程的工业系统中，所谓的实时能力是对数字式数据传输绝对必要的前提条件，这种数字式数据传输例如是在用作主机(master)的发送单元与被称为从机(slave)的接收单元或多个这种从机之间进行，这些从机适于通过主机来时间同步地驱控，从而，所有称为从机的接收单元能够“手牵手”运行。实时能力通过可预测性限定，也即：由发送器所发出的消息何时会尽可能准确地到达至相应的接收器。用于实时运行所需要的具有实时能力的通信协议限定所谓的周期时间和对于整个系统而言的最大抖动，以便可以确保无错误的功能性。具有实时能力的网络协议例如是开放的工业以太网标准profinetcc-c，其确认直至最小31.25μs的典型250μs周期时间以及＜1μs的总系统抖动。
由文献de60002571t2可获悉一种在施加在共同的载体衬底上的两个芯片之间的弹性接口布置组件，其中，每个芯片具有所谓的弹性接口单元，该弹性接口单元分别具有两个经由通断逻辑连接的存储单元。根据可施加到通断逻辑上的控制信号实现从第一或第二存储单元输出数据值。
文献us6,6640,277b1描述一种在总线之间利用标准化通信协议的同步化数据传输方法，其中，为了补偿所出现的相位差，将环形存储器用作缓存器(zwischenspeicher)。
文献us2017/0127465a1描述一种借助于电磁耦合方式无接触地传输数据的方法，其中，借助于数据的缓存来补偿所出现的相位差。
技术实现要素：
本发明的任务在于，提出一种用于在两个物理接口之间传输数据的设备以及方法，从而能够符合对在通过数据传输单元的数字式数据传输中的实时能力的要求，其中，数据传输单元要么实现无接触式数据传输，要么能够实现在两个相对彼此运动的耦合单元之间的有接触的数据传输。除了所要求的实时能力之外，数据传输应当与协议无关地实现，从而能够实现尽可能并非对客户特定的应用可能。按照本发明解决方案的数据传输此外应当能够实现不仅针对单向而且针对双向沿着传输通道的数据传输。
本发明基于该任务的解决方案在权利要求1中提出。权利要求13的主题是一种用于通过数据传输通道传输数据的方法。有利地改进本发明构思的特征可由从属权利要求的主题以及特别是参照附图的进一步说明获悉。
按照本发明解决方案的用于在两个物理接口之间传输数据的设备具有设置在这些物理接口之间数据传输单元，该数据传输单元优选无接触地传输数据或者有接触地在这两个相对彼此运动的耦合单元之间传输数据。在优选一致构造的这两个物理接口的每个物理接口上分别设有振荡器单元，用于记入
在通过数据传输单元传输的数据中由系统决定地随机生成相位偏移，上述至少一个传输的时钟信号也经受这种相位偏移，这种相位偏移按照本发明解决方案借助于就接收数据的那个物理接口方面被设定的缓存器进行补偿，借助于数据传输单元所传输的数据可暂时缓存到该缓存器中。
该缓存器如此构造，使得根据在数据传输的路径中在正在传输的数据中形成的最大时间相位偏移来选择可配属于缓存器的存储器深度(speichertiefe)。
视数据传输单元的类型及设计方案而定，在数据传输中会出现恒定的或者随时间变化的相位偏移。在这两种情况下，出于相位偏移补偿的目的，可将存储器深度选择成预给定的恒定参量。另一实施形式在于，就接收数据的那个物理接口方面设有如下器件：该器件探测出在数据传输的路径中形成的相位偏移。在该情况下，在接收数据的那个物理接口侧设有另一器件，该另一器件根据所探测到的最大相位偏移来适合地确认缓存器的存储器深度。
特别有利地，环形存储器(ringspeicher)适合作为缓存器，数据出于相位偏移补偿的目的而缓存到该环形存储器中。为了能够适应尽可能小的存储空间，根据存储器深度将数据保存到环形存储器中且周期地对其进行覆盖。通过这种方式能够将等待时间(也即数据在就一个物理接口方面的接收与就另一物理接口方面的发送之间所运行的时间，反之亦然)以及抖动(这种抖动会影响到数据信号中比特位变换的时间变化)减小到最小，并且能实现系统的实时能力。
按照本发明解决方案用于传输数据的设备仅限于硬件构件、这些硬件构件的布置方式、以及关于本地系统时间同步化和关于相位偏移补偿方面的功能，也仅仅涉及到直接的比特位传输，也即这种比特位传输配属于osi模型中的所描述的第一层(所谓的比特位传输层或物理层)。出于这个原因，按照本发明解决方案的设备能够实现与协议无关地实施到已经存在的通信网络中，从而对于投入运行而言不需要或者仅仅需要微小的对客户特定的适配。
这些物理接口构造成适合传输和转发呈数据位或符号形式的各自最小的数据单元，并且这些物理接口能够视要求和需要而定来构造成电式、电磁式、声学式或光学式接口，由此能够以本身已知的标准化通信协议传输数据。
有利地，这些物理接口分别与适合地构造的耦合元件连接或者是这种耦合元件的一部分，该耦合元件用于机械稳定地且在传输技术上低损耗地(或无损耗地)数据传输。在相应的物理接口的自身位置处(如上所述地)设置各一本地振荡器单元，该本地振荡器单元与相应的耦合元件连接并且优选地形成结构单元。
在并行实施的物理接口的情况下(通过该物理接口并行传输多个比特位)，出于经由数据传输单元以串行方式传输数据的原因，在数据传输单元与这些物理接口之间分别有利地需要用于将并行数据流转换成串行数据流的器件。为此采用本身已知的串行化器/去串行化器，简称serdes。
基于按照本发明解决方案的用于在两个物理接口之间通过数据传输单元传输数据的设备的方法原理设定的是，首先就这两个物理接口中的一个物理接口方面生成至少一个时钟信号，该时钟信号此外经由相同的数据传输通道传输，经由该数据传输通道也传输呈有用数据形式的全部数据。经由数据传输通道所传输的时钟信号就起接收作用的那个物理接口方面出于将这两个物理接口上的这些本地系统时间同步化的目的被使用。在这两个物理接口处实现了这两个本地系统时间之间的时间同步之后，这些待传输的数据经由数据传输通道进行传输并且在接收侧缓存到缓存器中。所传输的数据的缓存是在具有存储器深度的缓存器内部实现，该存储器深度如此适配于数据传输的路径中在传输的数据中形成的最大时间相位偏移，从而从缓存器所读取的数据能够与本地存在的时钟以相位同步的方式经由该物理接口发出。数据在优选构造成环形存储器的缓存器内部的缓存是周期地实现，从而相位偏移补偿能够以很小的存储空间实现。
根据附图进一步阐明按照本发明解决方案的设备以及基于该设备的方法。
附图说明
本发明接下来根据各实施例参照附图示例性进行描述，而对本发明的构思不会造成限制。附图示出了：
图1：用于实时数据传输的方框图；
图2：按照现有技术用于通过数据传输单元进行数据传输的方框图；和
图3a、b：眼图。
具体实施方式
图1示出方框图，该方框图表示按照本发明解决方案的用于在两个各自相同地构造的物理接口1、2之间进行传输数据的设备。沿着将这两个物理接口1、2连接的传输通道
为了能够无错误地在这两个物理接口1、2之间进行数据传输，在这些物理接口1、2中的每个上安装有各一个振荡器单元41、42。为了能够以仅微小的延迟时间以及以高的总线负荷(也即在使用传输通道的尽可能全部传输能力的情况下)进行数据传输，需要同步化这两个振荡器单元41、42。这两个振荡器单元41、42在时间上的同步化按照本发明解决方案是借助于至少一个所产生的时钟信号(例如在振荡器单元41的自身位置处)实现，该时钟信号经由相同的传输通道
在图1中图示的实施例的情况下假定的是：这两个物理接口1、2构造成并行接口。为了实现将并行的数据格式转换成适用于经由数据传输单元3传输数据的串行数据格式，分别在这些物理接口1、2与数据传输单元3之间设置有串行化器/去串行化器，简称serdes，出于将这两个振荡器单元41、42处的这些本地系统时间进行时间同步化的目的，经由这些串行化器/去串行化器也传输至少一个时钟信号。
在数字式有用信号的数据传输中随机构造且特别是在数据传输单元3转动的情况下存在发生变化的相位偏移，为了使该相位偏移被均衡，于是这种相位偏移借助于在接收侧设置的缓存器5被补偿。为此，在有用数据通过在接收侧的物理接口2的本地时钟进行传输之前，将这些有用数据以周期地方式缓存到(优选以环形存储器形式构造的)缓存器5中。
在单向数据传输(例如从物理接口1到物理接口2)的情况下，振荡器单元41用作主振荡器单元，而在接收侧设置的振荡器单元42用作从振荡器单元。出于同步化的目的，在从振荡器单元42上设有用于时间同步化的相应器件。同样也在接收侧安装有缓存器5。
在双向数据传输的情况下，在数据传输单元3的两侧设有至少一个缓存器5，也参见图1虚线图示的在物理接口1的侧上的缓存器5‘。不是必须地、但有利的是，在双向数据传输的情况下也可以构造这两个振荡器单元41、42用于生成和接收时钟信号。如果相比而言除了要传输的数据之外也在客户侧提供时钟信号，则借助于振荡器单元生成时钟信号就不是必要的。在时钟信号单独地或者与要传输的数据共同地进行外部供给的情况下，所外部供给的时钟信号可用于使各自在第一和第二接口处的本地系统时间同步化。
利用按照本发明解决方案的设备可以将数据经由可转动的数据传输单元3在实时条件下无错误地传输。在此可以实现1.12μs的周期时间，这远低于profinetcc-c应用所要求的周期时间为250μs(或最小为31.25μs)。再者，根据经验所证实的25ns的抖动要远低于通过profinetcc-c应用所预给定的＜1μs的最大抖动。按照本发明解决方案的设备因此能够与现存网络结构尽可能不受限制地兼容。
附图标记列表
1、2物理接口
3数据传输单元
31、32耦合单元
41、42振荡器单元
5、5‘缓存器
a张眼
serdes串行化器/去串行化器
1.一种用于在两个物理接口之间传输数据的设备，这些物理接口相对彼此沿着轨迹能够运动地设置，所述设备包括：
-设置在这些物理接口之间的数据传输单元；以及
-各一配属于这些物理接口的本地振荡器单元，用于记入这些物理接口中的一个物理接口自身位置处存在的本地系统时间，
其中，这些物理接口中的至少一个物理接口处的本地振荡器单元具有用于接收和/或用于产生和传输至少一个时钟信号给所述数据传输单元的器件，并且
至少另外的物理接口处的本地振荡器单元具有用于接收至少一个通过所述数据传输单元可传输的时钟信号的器件以及具有用于基于所接收的时钟信号来同步化所述本地系统时间的器件；以及
-分别就接收数据的物理接口方面被设置的缓存器，借助于所述数据传输单元所传输的数据能够暂时缓存到所述缓存器中。
2.根据权利要求1所述的设备，
其特征在于，
这些物理接口相同地构造。
3.根据权利要求1或2所述的设备，
其特征在于，
所述缓存器构造成：使得根据在数据传输的路径中在传输的数据中所形成的时间相位偏移来选择能够配属于所述缓存器的存储器深度。
4.根据权利要求3所述的设备，
其特征在于，
设有一器件，该器件探测在数据传输的路径中所形成的相位偏移；以及
设有另一器件，该另一器件根据所述相位偏移来确认所述存储器深度。
5.根据权利要求1至4之一所述的设备，
其特征在于，
所述缓存器是环形存储器。
6.根据权利要求1至5之一所述的设备，
其特征在于，
这些物理接口适合传输和转发呈数据位形式的最小数据单元地构造。
7.根据权利要求1至6之一所述的设备，
其特征在于，
所述数据传输单元以无接触的方式传输数据。
8.根据权利要求7所述的设备，
其特征在于，
无接触式数据传输单元构造成电容式、电感式、声学式、电磁式或者光学式耦合单元。
9.根据权利要求1至8之一所述的设备，
其特征在于，
第一物理接口安装在转动的单元(转子)上，而第二物理接口安装在静止的单元(定子)上，并且
所述数据传输单元圆环形式地构造。
10.根据权利要求1至9之一所述的设备，
其特征在于，
所述物理接口是电式、电磁式、声学式或者光学式接口，通过所述接口能够以标准化通信协议来传输数据。
11.根据权利要求1至10之一所述的设备，
其特征在于，
这些物理接口分别与耦合元件连接或者是这种耦合元件的部分，所述耦合元件分别与所述振荡器单元之一连接。
12.根据权利要求1至11之一所述的设备，
其特征在于，
在数据传输单元与这些物理接口之间分别设有用于将并行数据流转换成串行数据流的器件，从而数据经由数据传输单元的传输以串行数据序列实现。
13.一种用于在两个物理接口之间经由数据传输通道传输数据的方法，这些物理接口相对彼此沿着轨迹运动，并且在这些物理接口处分别存在本地系统时间，
其特征在于：
-就上述两个物理接口中的一个物理接口方面生成或接收时钟信号；
-经由数据传输通道传输时钟信号；
-就另一个物理接口方面接收时钟信号；
-同步化上述两个物理接口处的本地系统时间；
-经由数据传输通道传输数据；
-就接收数据的物理接口中的一个物理接口方面缓存所传输的数据；
-从缓存器读取数据，并且在另一个物理接口处提供数据。
14.根据权利要求13所述的方法，
其特征在于，
数据的缓存是借助于环形存储器以周期方式实现。
15.根据权利要求13或14所述的方法，
其特征在于，
数据传输以无接触方式执行。
16.根据权利要求13至15之一所述的方法，
其特征在于，
所传输的数据的缓存是以存储器深度来实现，所述存储器深度适配于在数据传输的路径中在传输的数据中所形成的最大时间相位偏移。
17.根据权利要求13至16之一所述的方法，
其特征在于，
时钟信号是单独地或者与数据共同地通过上述两个物理接口中的一个物理接口获得。
技术总结