PSI5

Peripheral Sensor Interface 5

PSI5 (Peripheral Sensor Interface 5) bezeichnet ein Sensorbussystem, welches meist bei einer geringen Datenübertragungsrate von unter 200 kBit/s eingesetzt wird. PSI5 wurde von den Firmen Autoliv, Bosch und Continental entwickelt und beruht auf dem bereits bestehenden PAS4 Protokoll. Bei verringertem Systemaufwand wird eine sichere, und schnellere Datenübertragung garantiert. Die Applikationen mit dem PSI5-Bussystem enthalten bis zu vier Sensoren pro Busknoten. PSI5 ist durch eine Zweidrahtleitung strukturiert und wird vor allem in der Automobilelektronik eingesetzt. Hier werden Sensoren an elektronische Steuergeräte, die im Folgenden auch ECU genannt werden, gekoppelt. Es sind sowohl Punkt-zu-Punkt-Verbindungen als auch Buskonfiguration mit asynchroner bzw. synchroner Kommunikation realisierbar.

Einsatzgebiete des PSI5

Die Einsatzgebiete sind überall dort möglich, wo eine geringe Datenübertragungsrate genutzt wird. Hierbei gilt die Verwendung des PSI5 als sicherer und schneller. Auch bei EMC Einflüssen wird die Datenübertragung nicht behindert oder beeinträchtigt und bietet somit gegenüber analogen Verbindungen einen klaren Vorteil. Auch in der Sparte der bidirektionalen Kommunikation findet PSI5 Anwendung. Zu den typischen Anwendungen zählen vor allem die Airbag Anwendungen mit Drucksensoren im Automobilbereich. Aber nicht nur im Airbag lässt sich das Bussystem im Auto finden, sondern auch in der Winkelsensorik (wie zum Beispiel im Gaspedal), aber auch in den

Funktionsweise des PSI5

Über die Zweidrahtleitung wird der Bus sowohl mit Energie versorgt, als auch mit einem Steuergerät (ECU) verbunden, um den Datenaustauch zu realisieren. Dieser Datentransfer erfolgt über Synchronisationsimpulse, die vom Steuergerät aus gesendet werden. Die Sensoren und Aktoren senden ihre Antworten in Datenpaketen, die sowohl strommoduliert als auch mit dem Manchesterverfahren kodiert sind. Die empfangenen Daten werden in der ECU dann dekodiert und die Befehle dann ausgeführt.

Synchrone und asynchrone Datenübertragung

Der Datentausch kann synchron oder asynchron erfolgen.

  • Synchrone Datenübertragung
    Bei der synchronen Übertragung der Daten wird nach dem Zeitmultiplexverfahren gearbeitet. Hierbei sendet die ECU Synchronisationsimpulse und dabei werden den Aktoren bzw. Sensoren bestimmte Zeitspannen für die Datenübertragung zugeordnet.

  • Asynchrone Datenübertragung
    Die asynchrone Datenübertragung erfolgt ohne Synchronisationsimpulse der ECU. In festen periodischen Abständen senden die Sensoren oder Aktoren automatisch ihre Daten an das Steuergerät.

Verschiedene Bustopologien

Durch die unterschiedlichen Möglichkeiten der Datenübertragung ergeben sich auch verschiedene Variationen der Topologie für ein Netzwerk. Im Synchronbetrieb eignet sich eine Stern- oder auch Linientopologie. Im Asynchronbetrieb hingegen wird auf die herkömmliche Punkt-zu-Punkt-Verbindung zurückgegriffen. Im Daisy-Chainbetrieb wird die Linientopologie ebenfalls verwendet. Dabei sind Sensoren und Aktoren zunächst in einer Reihe gekoppelt. Nach der Zuweisung der Zeitspannen für die Übertragung der Datenpakete, gehen diese aber in einen parallel betriebenen Zustand über.

Ablauf der Datenübertragung

Beim Senden der Synchronisationsimpulse der ECU werden nicht nur die Zeitspannen den Sensoren oder Aktoren zugeordnet. Es werden außerdem Konfigurationsdaten oder Diagnoseabfragen mitgeschickt. Durch die Manchester Kodierung wird sichergestellt, dass es zu keinen Signalstörungen bei der Übertragung kommt. Diese Funktion der Manchester Kodierung wird durch die Struktur der Datenworte zusätzlich unterstützt. Diese bestehen aus jeweils zwei Startbits, 8 bis 24 Datenbits und einem Paritätsbit. Dadurch wird eine sehr hohe Störsicherheit erreicht.

Die Datenübertragungsraten liegen zwischen 125 bis 189 kBit/s und sind somit deutlich höher als bei LIN Verbindungen, allerdings unter den Übertragungsraten der CAN-Busse, wobei bei CAN der Verkabelungsaufwand größer ist.

Standardisierung

Bei PSI5 handelt es sich heute um einen offenen Standard. Die erste gemeinsame Veröffentlichung des PSI5 der drei Firmen, die maßgeblich an der Entwicklung beteiligt waren, erfolgte im Mai 2005 auf der Sensor Messe in Nürnberg. Mit diesem Schritt wurde der PSI5 standardisiert in den Produkten der Firmen Autoliv, Bosch und Continental. Weitere Firmen, die das Bussystem in ihren Produkten als Standard festlegten kamen 2006 und 2007 hinzu. 2006 erklärte sich Siemens VDO als Unterstützer der Standardisierung, 2007 Freescale und TRW.

Erweiterung durch ELMOS Baustein

Durch den Baustein 910.85 von ELMOS und einem Micro Controller lässt sich ein kompatibles Übertragungssystem mit PSI5 aufbauen. Es lassen sich dadurch 4 Kanäle mit jeweils 3 Sensoren bedienen, die alle unabhängig voneinander arbeiten. In das Produkt von ELMOS ist ein Chip integriert, der die Funktionen der Druckerfassung, der Filterung, der Manchester Dekodierung und der Strommodulation ermöglicht. Dieses System wird vor allem für Airbag Anwendungen und Druckmess Anwendungen genutzt.

Eine Übersicht der gesamten Funktionen des Übertragungssystems enthält die folgende Aufzählung:

  • Vier Betriebskanäle, die unabhängig voneinander arbeiten und jeweils mit 3 Sensoren ausgestattet sind.
  • Die Linientopologie, die herkömmlichen Punkt-zu-Punkt-Verbindungen und der Daisy Chain Betrieb sind weiterhin anwendbar.
  • Eine Schutzfunktion an jedem Kanal ist gegen 40 V eingebaut.
  • Eine Adaptive Regelung der Daten-Komparatorschwelle ist möglich.
  • Alle gesendeten Daten sind mit dem Manchester Code kodiert.
  • Die typische Betriebsspannung beläuft sich auf 5 und 3,3 V.
  • Eine SPI-Schnittstelle ist vorhanden.
  • An jedem Kanal ist zudem eine Überspannungs- und Übertemperaturschutzfunktion eingebaut.