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Die Erfindung betrifft eine Pulsübertragungsstrecke mit einem Sender und einem Empfänger zur digitalen Datenübertragung innerhalb eines Gerätes oder einer Anlage, wobei der Sender mit der Eingangswicklung eines ersten Übertragers und der Empfänger mit der Ausgangswicklung eines zweiten Übertragers verbunden ist.
Eine Pulsübertragungsstrecke dieser Art ist aus der DE-OS 3 337 730 bekannt. Diese Schaltungsanordnung zur Übertragung von Impulsen auf einer symmetrischen zweiadrigen Leitung besteht aus einem Leitungssender und einem Leitungsempfänger, die über eine symmetrische, gerichtet betriebene zweiadrige Leitung miteinander verbunden sind. Beide Enden der Leitung sind mit je einem Impulsübertrager abgeschlossen. Die Primärwicklung des sendeseitigen Impulsübertragers wird von integrierten Treibern gleichzeitig so angesteuert, dass an einem Ende der Wicklung ein logisches Null-Potential und am anderen Ende der Wicklung ein logisches Eins-Potential herrscht. Es werden dadurch dem jeweiligen Flankenwechsel des Ansteuersignals entsprechend Impulse auf die Leitung gegeben, die eine positive oder negative Amplitude haben.
Ein wesentlicher Faktor bei der Verwendung von Übertragern in Pulsübertragungsstrecken ist neben ihrer eigentlichen Funktion der Induktiven Kopplung die Bedeutung der galvanischen Trennung. Schon bei der Projektierung und Berechnung von Übertragern muss auf diese Potentialtrennung, allein schon aus Sicherheitsgründen, ein besonderes Augenmerk gelegt werden. Ein weiteres Kriterium bei der Verwendung von Übertragern ist die relativ hohe Koppelkapazität, insbesonders bei der Anwendung von Übertragern In Pulsübertragungsstrecken. Bei den bisher bekannten, dem Stand der Technik entsprechenden Möglichkeiten wurde für diese beiden Kriterien, der Koppelkapazität und der Potentialtrennung, immer eine dem jeweiligen Anwendungsfall entsprechende Kompromisslösung eingesetzt.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, in einer derartigen Pulsübertragungsstrecke innerhalb eines Gerätes oder einer Anlage durch besondere Ausbildung des Übertragers einerseits eine geringe Koppelkapazität zu erreichen und andererseits allein schon aus Sicherheitsgründen eine hohe Potentialtrennung zu erzielen. Ein weiters Ziel liegt in erster Linie darin, auf knapp bemessenen Raum einen störungsfreien Datenaustausch zwischen Schaltungs- oder Anlagenteilen zu ermöglichen, die betriebsmässig gegen verschiedene Bezugspotentiale arbeiten. Auf Grund von Sicherheitsvorschriften die z.
B. messtechnischen Geräten zwingend vorgeschrieben sind, muss eine Koppelstrecke zwischen Teilen bei einem Potentialunterschied von beispielsweise 1000 Ven in der Ausführung nach Schutzklasse 11 einer Prüfspannung von 6 kV standhalten, über 1000 Vert wird sogar eine Prüfspannung von 10 kV gefordert.
Zusätzlich können die zwischen Sende- und Empfangsteil auftretenden Spannungen sehr steile Flanken aufweisen, die schon bei geringster kapazitiver Verkopplung der Schaltungsteile Empfangsimpulse bewirken und zu einer gestörten Nutzsignalübertragung führen.
Erfindungsgemäss wird dieses Ziel bei einer Pulsübertragungsstrecke der eingangs genannten Art dadurch erreicht, dass zur Erzielung einer geringen Koppelkapazität und einer hohen Potentialtrennung ein Zwischenübertrager vorgesehen ist, wobei das vom Sender abgegebene Signal vom ersten Übertrager über die Ausgangswicklung des ersten Übertragers im Verhältnis 1 : 1, vorzugsweise mit jeweils einer Windung, auf den Zwischenübertrager und von dem Zwischenübertrager an die Eingangswicklung des zweiten Übertragers im Verhältnis 1 :
1, vorzugsweise mit jeweils einer Windung, übertragen ist, und wobei das Übertragungsverhältnis aus dem Verhältnis der Eingangswicklung des ersten Übertragers und der Ausgangswicklung des zweiten Übertragers gebildet ist, sodass die parasitäre kapazitive Kopplung nur über die Schirme der Sendermasse und der Empfängermasse sowie der Einzeiwindungen des Zwischenübertragers gebildet ist.
Die geforderte Prüfspannung kann im Zwischenübertrager mit nur je einer Primär- und Sekundärwindung durch entsprechende Drahtisolation auf einfache Weise und mit wenig Platzbedarf erreicht werden. Durch die Verbindung der Eingangswindung des Zwischenübertragers mit dem senderseitigen Bezugspotential einerseits und der Sekundärwindung des Zwischenübertragers mit dem empfangsseitigen Bezugspotential anderereseits, sowie einer entsprechenden Schirmung der Schaltungsteile gegeneinander wird sichergestellt, dass sämtliche nicht vermeidbare Kapazitäten ausschliesslich zwischen die Bezugspotentiale zu liegen kommen. Auf diese Weise kann die sehr hohe Störsicherheit der Signalübertragung unter den erwähnten extremen Bedingungen erreicht werden.
Beim Erfindungsgegenstand wird durch die vorgegebene Auslegung sowohl eine geringere Koppelkapazität als auch gleichzeitig eine hohe Potentialtrennung erreicht. Die Besonderheit des Übertragers liegt darin, dass ein Zwischenübertrager vorgesehen ist.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 eine Pulsübertragungsstrecke bekannter Bauart, Fig. 2 ein Schema einer erfindungsgemässen Pulsübertragungsstrecke und Fig. 3 schematisch den schaltungsmässigen Aufbau einer erfindungsgemässen Pulsübertragungsstrecke.
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Gemäss Fig. 1 wird ein von einem Sender 1 abgegebenes Signal einem ersten Übertrager 2 übermittelt, der direkt mit einem zweiten Übertrager 4 gekoppelt ist, dessen Ausgangssignal dem Empfänger 8 zugeführt ist.
Gemäss Fig. 2 wird bei einer erfindungsgemässen Pulsübertragungsstrecke das vom Sender 1 dem ersten Übertrager 2 zugeführte Signal der Eingangswicklung des ersten Übertragers 2 zugeführt. Von der Ausgangs- bzw. Sekundärwicklung des ersten Übertragers 2 wird das Signal einem Zwischenübertrager 3 zugeführt.
Dieser Zwischenübertrager 3 ist das Kernstück der Erfindung. Das Übertragungsverhältnis zwischen der Ausgangswicklung des ersten Übertragers 2 und der Eingangswicklung des Zwischenübertragers 3 beträgt
1 : 1 und diese Wicklungen bestehen vorzugsweise aus jeweils einer Windung, die mit dem Bezugspotential der Sendermasse 5 verbunden ist. Die induktive Kopplung der Ausgangswicklung des Zwischenübertragers 3 mit der Eingangswicklung des zweiten Übertragers 4 erfolgt ebenfalls im Übertragungsverhältnis 1 : 1, vorzugsweise mittels je einer Windung, die mit dem Bezugspotential der Empfängermasse 6 verbunden ist.
Von der Ausgangswicklung des zweiten Übertragers 4 wird das Signal dem Empfänger 8 zugeführt. Da die kapazitive Verkopplung 7 des Sendesignals mit dem dem Empfänger 8 zugeführten Signal nur zwischen der Sendermasse 5 und der Empfängermasse 6 bzw. der geringeren Kapazität zwischen den Einzelwindungen untereinander besteht, kommt in der Summe nur eine minimierte Koppelkapazität zwischen dem Bezugspotential von Sender 1 und Empfänger 8 bei dieser Anordnung zum Tragen. Parasitäre kapazitive Verkopplungen anderer Schaltungsteile von Sender 1 und Empfänger 8, die bei Gleichtaktbetrieb zu Übertragungsfehlern führen können, werden verhindert. Gleichzeitig wird durch diese Übertragungsart mit dem Zwischenübertrager 3 und seiner doppelten induktiven Kpplung eine sehr hohe Potentialtrennung erreicht.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung Ist es, dass der Ruhestromverbrauch durch die Auslegung der Sende- und Empfängerschaltung nur bei einigen xi liegt und während der Übertragung, abhängig von der Übertragungsfrequenz, bel 100 kHz ca. 1 mA bzw. bel 1 MHz ca. 10 mA beträgt.
Erfindungsgemäss werden jegliche Gleichtaktstörungen verhindert. Bevorzugt ist es, wenn der erste und der zweite Übertrager 2, 3 und der Zwischenübertrager 4 Ringkerne aufweisen.
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The invention relates to a pulse transmission path with a transmitter and a receiver for digital data transmission within a device or system, the transmitter being connected to the input winding of a first transmitter and the receiver being connected to the output winding of a second transmitter.
A pulse transmission link of this type is known from DE-OS 3 337 730. This circuit arrangement for the transmission of pulses on a symmetrical two-wire line consists of a line transmitter and a line receiver, which are connected to one another via a symmetrical, directionally operated two-wire line. Both ends of the line are terminated with a pulse transformer. The primary winding of the transmitter-side pulse transformer is controlled by integrated drivers at the same time in such a way that there is a logic zero potential at one end of the winding and a logic one potential at the other end of the winding. As a result, pulses are given to the line that have a positive or negative amplitude in accordance with the respective edge change of the control signal.
In addition to their actual function of inductive coupling, an important factor when using transmitters in pulse transmission links is the importance of electrical isolation. When planning and calculating transformers, special attention must be paid to this electrical isolation, if only for safety reasons. Another criterion when using transmitters is the relatively high coupling capacity, especially when using transmitters in pulse transmission links. In the previously known options corresponding to the prior art, a compromise solution corresponding to the respective application was always used for these two criteria, the coupling capacitance and the potential separation.
The aim of the invention is, on the one hand, to achieve a low coupling capacity in such a pulse transmission path within a device or system by special design of the transmitter and, on the other hand, to achieve high potential isolation for safety reasons alone. A further goal is primarily to enable trouble-free data exchange between circuit or system parts that operate against different reference potentials in a tightly dimensioned space. Due to safety regulations the z.
B. metrological devices are mandatory, a coupling path between parts with a potential difference of, for example, 1000 Ven in the version according to protection class 11 must withstand a test voltage of 6 kV, over 1000 Vert even a test voltage of 10 kV is required.
In addition, the voltages occurring between the transmitting and receiving parts can have very steep edges, which, even with the slightest capacitive coupling of the circuit parts, cause reception pulses and lead to a disturbed useful signal transmission.
According to the invention, this aim is achieved with a pulse transmission path of the type mentioned at the outset in that an intermediate transformer is provided in order to achieve a low coupling capacity and high potential separation, the signal emitted by the transmitter from the first transformer via the output winding of the first transformer in a ratio of 1: 1, preferably with one turn each, on the intermediate transformer and from the intermediate transformer to the input winding of the second transformer in the ratio 1:
1, preferably with one turn each, and the transmission ratio is formed from the ratio of the input winding of the first transformer and the output winding of the second transformer, so that the parasitic capacitive coupling only via the screens of the transmitter ground and the receiver ground as well as the individual windings of the Intermediate transformer is formed.
The required test voltage can be easily achieved in the intermediate transformer with only one primary and one secondary turn by appropriate wire insulation and with little space requirement. The connection of the input winding of the intermediate transformer with the transmitter-side reference potential on the one hand and the secondary winding of the intermediate transformer with the reception-side reference potential on the other hand, as well as a corresponding shielding of the circuit parts against one another, ensures that all unavoidable capacities come exclusively between the reference potentials. In this way, the very high level of interference immunity of the signal transmission can be achieved under the extreme conditions mentioned.
In the subject matter of the invention, the given design achieves both a lower coupling capacitance and, at the same time, a high potential separation. The special feature of the transformer is that an intermediate transformer is provided.
The invention is explained in more detail below, for example, with reference to the drawing. 1 shows a pulse transmission path of a known type, FIG. 2 shows a diagram of a pulse transmission path according to the invention, and FIG. 3 schematically shows the circuit structure of a pulse transmission path according to the invention.
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1, a signal emitted by a transmitter 1 is transmitted to a first transmitter 2, which is directly coupled to a second transmitter 4, the output signal of which is fed to the receiver 8.
2, in the case of a pulse transmission link according to the invention, the signal fed from the transmitter 1 to the first transmitter 2 is fed to the input winding of the first transmitter 2. The signal is fed from the output or secondary winding of the first transformer 2 to an intermediate transformer 3.
This intermediate transformer 3 is the core of the invention. The transmission ratio between the output winding of the first transformer 2 and the input winding of the intermediate transformer 3 is
1: 1 and these windings preferably consist of one turn each, which is connected to the reference potential of the transmitter ground 5. The inductive coupling of the output winding of the intermediate transformer 3 to the input winding of the second transformer 4 also takes place in a transmission ratio of 1: 1, preferably by means of one turn each, which is connected to the reference potential of the receiver ground 6.
The signal is fed to the receiver 8 from the output winding of the second transformer 4. Since the capacitive coupling 7 of the transmission signal with the signal fed to the receiver 8 only exists between the transmitter ground 5 and the receiver ground 6 or the smaller capacitance between the individual turns, there is only a minimized coupling capacitance between the reference potential of the transmitter 1 and the receiver 8 to be carried in this arrangement. Parasitic capacitive coupling of other circuit parts of transmitter 1 and receiver 8, which can lead to transmission errors in common mode operation, are prevented. At the same time, this type of transmission with the intermediate transformer 3 and its double inductive coupling achieves a very high potential separation.
Another advantage of the invention is that the quiescent current consumption due to the design of the transmitter and receiver circuit is only a few xi and during transmission, depending on the transmission frequency, 100 kHz approximately 1 mA or 1 MHz approximately 10 mA is.
According to the invention, any common mode interference is prevented. It is preferred if the first and second transformers 2, 3 and the intermediate transformer have 4 ring cores.