EP0371106A1 - Koppler zur potentialgetrennten übertragung eines zweiwertigen signales mittels eines impulstransformators - Google Patents

Koppler zur potentialgetrennten übertragung eines zweiwertigen signales mittels eines impulstransformators

Info

Publication number
EP0371106A1
EP0371106A1 EP89905577A EP89905577A EP0371106A1 EP 0371106 A1 EP0371106 A1 EP 0371106A1 EP 89905577 A EP89905577 A EP 89905577A EP 89905577 A EP89905577 A EP 89905577A EP 0371106 A1 EP0371106 A1 EP 0371106A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
input
signal
output
coupler
transmitted
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP89905577A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans Leopold
Gunter Winkler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dau GmbH and Co KG
Original Assignee
Dau GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dau GmbH and Co KG filed Critical Dau GmbH and Co KG
Publication of EP0371106A1 publication Critical patent/EP0371106A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00—Baseband systems
    • H04L25/02—Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
    • H04L25/0264—Arrangements for coupling to transmission lines
    • H04L25/0266—Arrangements for providing Galvanic isolation, e.g. by means of magnetic or capacitive coupling

Definitions

  • the invention relates to a coupler for the electrically isolated transmission of a two-value signal by means of a pulse transformer, on the secondary winding of which the transmitted signal can be removed via a bistable memory circuit.
  • couplers galvanically insulated coupling elements which transmit divalent electrical signals from one circuit to another, electrically insulated thereof, as accurately as possible can.
  • couplers galvanically insulated coupling elements
  • a common measure of the static transmission of bivalent signals is the use of opto-couplers.
  • the two states of the electrical variables are represented by the optical states dark and light of a light-emitting diode and transmitted without an electrical connection to a photo transistor which appears to be electrically conductive or blocked in accordance with the optical signal.
  • the asymmetry of these two states or their transitions is obvious and is the reason for many defects in the use of the optocouplers.
  • the transformer coupling which is more favorable from the point of view of temporal symmetry, has the disadvantage that static states cannot be transmitted.
  • the aim of the invention is to avoid this disadvantage to ver ⁇ and vorzu ⁇ a coupler of the type mentioned strike, which is characterized by a simple structure and its conceptually both to achieve a high data transfer rate as well as for applications where only rarely changing states of the two-value input signal must be transmitted is suitable.
  • the circuit connected to the primary winding can be formed by a non-inverting amplifier, preferably a logic buffer or two askading invertors, the input of which may be preceded by a further amplifier, the input and output of the non-inverting amplifier being connected to the primary winding.
  • a non-inverting amplifier preferably a logic buffer or two askading invertors, the input of which may be preceded by a further amplifier, the input and output of the non-inverting amplifier being connected to the primary winding.
  • couplers according to the invention which are essentially for the transmission of input signals with rarely changing logic states, such as those e.g. in the case of door contacts provided by safety-related devices, are provided and in which couplers the transmitted signal can be removed from the secondary winding via a bistable memory circuit, according to a further feature of the invention it can be provided that the one connected to the beginning and the end of the primary winding Circuit has two inputs, at one input an example periodic signal and at the other input of which the signal to be transmitted is present and the two outputs of which assume the same logical state in the idle position and which, depending on the logical level at the input to which the signal to be transmitted is applied, when a signal transition occurs in a specific direction on the e.g. periodic signal applied input supply different potentials.
  • the logic circuit 7 has two D flip-flops 8, 9, the data inputs D of which are connected to one another and can be acted upon by the signal to be transmitted and whose clock inputs are connected to one another and the input to which the periodic signal, for example, is applied, wherein the reset input of one D-flop flop is connected to its inverting output and the set input of the other D-flip-flop is connected to its non-inverting output, and the two remaining outputs of the two D-flip-flops are connected to the primary winding of the pulse transformer.
  • the beginning and the end of the secondary winding are connected to the input and output of a non-inverting amplifier, at which the transmitted signal may be removable via a further amplifier.
  • This output circuit is suitable for both applications. These measures result in positive feedback of the non-inverting amplifier with the secondary winding of the pulse transformer, as a result of which the amplifier can only assume two stable states.
  • the non-inverting amplifier connected to the secondary winding and the amplifier connected to it are each formed by an AND gate, and the two one inputs of the AND gates with one another and with a connection of the secondary winding and the two other inputs of the AND gates vei— are and form a reset input for the secondary side of the coupler, the second connection of the secondary winding being connected to the output of the one AND gate and the transmitted signal being removable from the output of the second AND gate.
  • the turns of the primary winding and the secondary winding of the pulse transformer consist of a flexible, insulating carrier on applied conductor tracks which are connected to form a continuous coil.
  • FIG. 4a and 4b schematically a winding and coil for the pulse transformer of a coupler according to the invention.
  • the coupler according to FIG. 1 is intended for applications in which the changes in state of the input signal occur at short intervals, and for applications in which the time of the changes in state is to be transmitted as precisely as possible.
  • the accuracy in time must be as great as possible, or the transmission speeds for both signal transition directions must be as equal as possible in order to avoid the not to change the transmitted size.
  • the magnetic coupler is therefore also well suited for applications in which the most rapid transmission of a change in state is important (for example in fast logic circuits or for driving power (switching) transistors).
  • the change in the state of the input signal at the input I of the non-inverting amplifier 1 is immediately transmitted to the secondary side of the coupler with a pulse via a pulse transformer 3, 4.
  • a flip-flop is set there, which stores the state of the input signal until the next signal transition.
  • the generation of the assigned in polarity of the direction of change of pulses occurs due to the fact that the change of state has an effect at the input of inverting amplifier sais ⁇ 2 only after a certain running time ⁇ at its output.
  • the connections of the amplifiers 1 and 2 and thus the two connections of the primary winding 3 of the pulse transformer are at different potentials.
  • the polarity of the voltage on the primary winding 3 is determined by the direction of the change in state, the duration of the voltage pulse depends on the transit time of the input signal through the amplifier 2.
  • the flip-flop on the secondary side of the coupler which stores the state of the input signal until the next transmitted pulse, consists of a non-inverting amplifier 5, the input and output of which are connected to the secondary coil 4 of the pulse transformer. If no pulse is transmitted, the amplifier 5 is coupled through the secondary coil of the transformer and therefore only knows two stable states: Either the output voltage and thus the input voltage of the amplifier is equal to its minimum output voltage or the output voltage and thus the input voltage is equal to that Maximum value of the amplifier output voltage.
  • the amplifier 5 is, for example, in the state of output voltage equal to the minimum value of the output voltage ( logic LOW) and a voltage pulse is induced in the secondary coil which increases the input voltage to such an extent that the amplifier increases its output voltage, the amplifier is at a sufficient level Duration of the induced voltage pulse at the end of the pulse in the other stable state (output voltage equal to maximum value of the output voltage, logically HIGH). If a voltage pulse of reversed polarity is now transmitted, the amplifier is again set to the logic LOW state. So the state is up The nrnpiangerseite clearly assigned the direction of the signal transition on the transmitter side.
  • the position of the memory flip-flop is indefinite. This can have a disruptive effect in some applications, for example when driving a power transistor or in control circuits where an incorrect position of an actuator can be caused.
  • This disadvantage can be eliminated if the secondary side of the coupler is designed such that there is an additional input with which the flip-flop can be set to a defined state, regardless of whether the primary side of the coupler is working or not .
  • Such a circuit is shown in Fig.3.
  • the amplifier 5 is formed by an AND gate 12, the output and one of its two inputs of which is connected to the secondary coil 4 of the pulse transformer.
  • the other input of the AND gate 12 serves as a reset input R ⁇ of the flip-flop formed thereby.
  • the output of AND gate 12 is also logic LOW, regardless of whether pulses are induced in the secondary winding of the pulse transformer or not. If the state at input R becomes logic HIGH, flip-flop 12 stores the logic LOW state until a pulse induced in the secondary winding with the appropriate polarity sets the flip-flop into logic HIGH.
  • the amplifier 6 according to FIG. 1 here also consists of an AND gate 13 and takes the signal to be transmitted from the input of the flip-flop 12 for reasons of the shortest possible transit time. The other input of the AND gate 13 is at the reset input R * connected. This is done in the interest of the shortest possible transit time of the reset signal from input R to output 0.
  • the flip-flop on the secondary side changes its state in accordance with the state of the signal at input D at the next significant signal transition at input C p on the primary side of the coupler If the flip-flop on the secondary side of the coupler does not reflect the actual state of the input signal due to a fault (eg the "supply voltage), this incorrect state only lasts until the next significant signal transition at input C p . In the previously described coupler according to FIG the wrong state remains until the next state change of the signal to be transmitted.
  • a fault eg the "supply voltage
  • FIG. 3 shows an example of the implementation of the logic circuit 7 according to FIG. 2 using two D flip-flops 8, 9.
  • the inputs D of the two D flip-flops are connected to one another.
  • the inputs C p are also connected to one another. If the input is now in the logic LOW state and there is a signal transition in a specific direction at the input C 1, nothing will change in the state of the outputs of the D flip-flop 8 (logic LOW, Q * logic HIGH). However, the state of the outputs of the D flip-flop 9 changes: the output Q becomes logic HIGH, the output Q becomes logic LOW.
  • the D flip-flop 9 since the Q output of the D- ⁇ i ⁇ n ⁇ pb 9 with the set input ⁇ ⁇ (active LOW) whose ⁇ flip-flop is connected, the D flip-flop 9 resets itself to the output Q logic LOW or output Q logic HIGH.
  • the duration for which the output " Q of the D flip-flop 9 is logically HIGH depends on the time from the change in the state at the output Q from logically HIGH to logically LOW until the outputs Q " or Q are reset ⁇ crosses. For this time, the ends of the primary winding 3 of the pulse transformer are at different potentials (output Q FF 8 logic LOW, output Q FF 9 logic HIGH).
  • a winding according to FIG. 4 can be used, which consists of a flexible carrier 15 arranged conductor tracks 14 is made, which are arranged so that they are connected to a continuous coil after wrapping the transformer core 16.
  • 4a shows the flexible carrier 15 made of insulating film in the stretched state and in FIG. 4b after the core 16 has been wrapped around it.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Dc Digital Transmission (AREA)

Description

Koppler zur potentialgetrennten Übertragung eines zweiwertigen Signales mittels eines I pulstransformators
Die Erfindung bezieht sich auf einen Koppler zur potentialgetrennten Übertragung eines zweiwertigen Signales mittels eines Impulstransformators , an dessen Sekundärwicklung das übertragene Signal über eine bistabile Speicherschaltung abnehmbar ist .
Aus dem Bestreben, elektrische Informationssysteme störfest gegen die elektromagnetische Beeinflussung zu machen, ergibt sich ein Bedarf an galvanisch isolierten Koppel¬ elementen (im weiteren Koppler genannt) , die zweiwertige elek¬ trische Signale möglichst zeitrichtig von einem Stromkreis in einen anderen, davon elektrisch isolierten übertragen können. Dabei sollen große Potentialdifferenzen und deren zeitliche Änderungsgeschwindigkeiten zwischen den beiden Stromkreisen zulässig sein, ohne daß dadurch eine Verfälschung des über¬ tragenen Signals eintritt. Wichtig erscheint, daß - im Gegen¬ satz zur Kopplung mit Hilfe eines einfachen Transformators - auch die statischen Zustände des Signals trotz der potential¬ getrennten Übertragung richtig wiedergegeben werden.
Eine verbreitete Maßnahme der statischen Übertragung von zweiwertigen Signalen besteht in der Verwendung von Opto¬ kopplern. Die beiden Zustände der elektrischen Variablen werden dabei durch die optischen Zustände dunkel und hell einer Leuchtdiode dargestellt und ohne elektrische Verbindung zu einem Fototransistor übertragen, der in Entsprechung zum optischen Signal elektrisch leitend oder gesperrt erscheint. Die Asymmetrie dieser beiden Zustände bzw. ihrer Übergänge liegt auf der Hand und ist der Grund für viele Mängel im Ein¬ satz der Optokoppler. Die aus der Sicht der zeitlichen Symmetrie günstigere transformatorische Kopplung hat den Nach¬ teil, daß statische Zustände nicht übertragen werden können. Dieser Nachteil kann vermieden werden, wenn in einem magne¬ tischen also transformatorisch gekoppelten (im Gegensatz zum optischen also elektromagnetisch gekoppelten) Koppler auf der Primärseite Impulse zum Zeitpunkt der Zustandsänderungen des Eingangssignals in der der Richtung des Überganges ent- sprecnenαen Polarität erzeugt werden, diese Impulse αurcn einen Transformator übertragen werden und auf der Sekundär¬ seite ein Flipflop setzen, welches den gesetzten Zustand bis zum nächsten Impuls speichert. Beispiele für derartige Koppler sind zu finden in "Pulse Transformers" von M.A. Nadkarni und S. Ramesh Bhat, Tata Mc Graw-Hill, New Delhi, 1985 oder im Skriptum zur Vorlesung Elektronik 1 von H. Leopold, Institut für Elektronik der Technischen Universität Graz, 1985.
Bei diesen bekannten Lösungen ergibt sich zumeist der Nachteil eines relativ hohen Schaltungsaufwandes.
Ziel der Erfindung ist es diesen Nachteil zu ver¬ meiden und einen Koppler der eingangs erwähnten Art vorzu¬ schlagen, der sich durch einen einfachen Aufbau auszeichnet und von seiner Konzeption her sowohl zur Erreichung einer hohen Datenübertragungsrate als auch für Anwendungen, bei denen sich nur selten ändernde Zustände des zweiwertigen Ein¬ gangssignales übertragen werden müssen geeignet ist.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Anfang und das Ende der Primärwicklung des Impuls¬ transformators mit verschiedenen Anschlüssen einer Schaltung verbunden sind, die an diesen in Abhängigkeit von an ihrem Eingang ankommenden Signalen an diesen Anschlüssen zumindest kurzzeitig unterschiedliche Potententiale liefert.
Durch diese Maßnahmen ist es möglich Signale von einem Stromkreis in den anderen zu übertragen, wobei der Aus¬ gang des Kopplers so lange in dem einen logischen Zustand ver¬ bleibt, bis ein weiteres Signal am Eingang des Kopplers einlangt .
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vor¬ gesehen sein, daß die mit der Primärwicklung verbundene Schal¬ tung durch einen nichtinvertierenden Verstärker, vorzugsweise einen logischen Puffer oder zwei askadierende Invertoren ge¬ bildet ist, deren Eingang gegebenenfalls ein weiterer Ver¬ stärker vorgeschaltet ist, wobei der Eingang und Ausgang des nichtinvertierenden Verstärkers mit der Primärwicklung ver¬ bunden sind.
Bei dieser Ausführungsform ergeben sich nur während einer durch die Laufzeit der Signale durch den Verstärker be¬ dingten Zeitspanne unterschiedliche Potentiale an den An¬ schlüssen der Primärwicklung des Kopplers . Diese Zeitspanne reicnt aoer aus um das am Eingang des Kopplers anstehende Signal zu übertragen. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungs¬ form liegt auch darin, daß der Zeitpunkt der Zustandsänderung des logischen Zustandes am Eingang des Kopplers mit sehr hoher Genauigkeit auf dessen Sekundärwicklung, bzw. den Ausgang des Kopplers übertragen wird. Außerdem können die Signale mi einer sehr hohen Frequenz übertragen werden, wodurch sich eine hohe Datenübertragungsrate ergibt.
Bei Anwendungen, bei denen z.B. analoge Signale über¬ tragen werden sollen, deren Betrag durch die Zeit oder das Tastverhältnis codiert sind, ist es wünschenswert bei der Übertragung Zeitabweichungen, bzw. Abweichungen in der Über¬ tragungsgeschwindigkeit für beide Signalübergangsrichtungen möglichst zu vermeiden, was mit der erfindungsgemäßen Lösung in einem wesentlich weitgehenderem Maße gelingt, als mit den für solche Zwecke zumeist eingesetzten Optokopplern.
Bei erfindungsgemäßen Kopplern, die im wesentlichen für die Übertragung von Eingangssignalen mit sich selten ändernden logischen Zuständen, wie sie z.B. bei Türkontakten von sicherheitstechnischen Einrichtungen gegeben sind, vorge¬ sehen sind und bei welchen Kopplern das übertragene Signal von der Sekundärwicklung über eine bistabile Speicherschaltung abnehmbar ist, kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen sein, daß die mit dem Anfang und dem Ende der Primärwicklung verbundene Schaltung zwei Eingänge aufweist, an deren einem Eingang ein z.B. periodisches Signal und an deren anderem Eingang das zu übertragende Signal anliegt und deren beide Ausgänge in der Ruhelage den selben logischen Zustand einnehmen und die je nach logischem Pegel am mit dem zu übertragenden Signal beaufschlagten Eingang beim Auftreten eines Signalüberganges bestimmter Richtung am mit dem z.B. periodischen Signal beaufschlagten Eingang unterschiedliche Potentiale liefern.
Durch diese Maßnahmen wird ein großes Maß an Sicher¬ heit gewährleistet, daß der statische Zustand des übertragenen Signales für lange Zeit sicher aufrechterhalten wird. Dabei kann der statische Zustand des übertragenen Signales z.B. auch über Monate oder Jahre aufrecht erhalten werden, wobei auch ein sehr hohes Maß an Störsicherheit gegeben ist. In diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, daß die logische Schaltung 7 zwei D-Flip-Flops 8 , 9 aufweist, deren Dateneingänge D miteinander verbunden und vom zu übertragenden Signal beaufschlagbar sind und deren Takteingänge miteinander und dem vom z.B. periodischen Signal beaufschlagten Eingang verbunden sind, wobei der Rücksetzeingang des einen D-Flop- Flops mit dessen invertierendem Ausgang und der Setzeingang des anderen D-Flip-Flops mit dessen nichtinvertierendem Ausgang verbunden ist und die beiden übrigen Ausgänge der beiden D-Flip-Flops mit der Primärwicklung des Impulstransformators verbunden sind.
Durch diese Maßnahmen ergibt sich ein sehr einfacher schaltungstechnischer Aufbau. Die Übertragung einer Änderung des zu übertragenden Eingangssignales erfolgt dabei nicht sofort bei dessen Änderung sondern bei der diesem Ereignis folgenden signifikanten Änderung des z.B. periodischen Signales. Weiters ergibt sich bei dieser Lösung auch der Vorteil, daß, wenn sich der logische Zustand des Ausganges des Kopplers aufgrund einer Störung ändern sollte, dieser bei der nächsten Änderung des z.B. periodischen Signales der Ausgang des Kopplers wieder in den durch das zuletzt übertragene Eingangssignal bestimmten logischen Zustand zurückkehrt. Dadurch wird auch eine sehr hohe Sicherheit des logischen Zustandes des Ausganges des Kopplers sichergestellt.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorge¬ sehen sein, daß der Anfang und das Ende der Sekundärwicklung mit dem Ein- und Ausgang eines nichtinvertierenden Verstärkers verbunden ist, an dem das übertragene Signal gegebenenfalls über einen weiteren Verstärker abnehmbar ist.
Diese Ausgangsschaltung ist für beide Anwendungsfälle gegeignet. So ergibt sich durch diese Maßnahmen eine Mit¬ kopplung des nichtinvertierenden Verstärkers mit der Sekundär¬ wicklung des Impulstransformators, wodurch der Verstärker nur zwei stabile Zustände annehmen kann.
Weiters kann vorgesehen sein, daß der mit der Sekundärwicklung verbundene nichtinvertierende Verstärker und der mit diesem verbundene Verstärker durch je ein UND-Gatter gebildet sind, und die beiden einen Eingänge der UND-Gatter miteinander und mit einem Anschluß der Sekundärwicklung und die beiden anderen Eingänge der UND-Gatter miteinander vei— uunuen sind und einen Rücksetzeingang für die Sekundarseite des Kopplers bilden, wobei der zweite Anschluß der Sekundär¬ wicklung mit dem Ausgang des einen UND-Gatters verbunden ist und arn Ausgang des zweiten UND-Gatters das übertragene Signal abnehmbar ist.
Diese Maßnahmen ermöglichen es den Ausgang des Kopplers beim Anlegen an die Versorgungsspannung in einen definierten logischen Zustand zu bringen.
Um eine fertigungstechnisch einfache Herstellung der erfindungsgemäßen Koppler zu ermöglichen ist es vorteilhaft, wenn die Windungen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung des Impulstransformators aus auf einem flexiblen, isolierenden Träger auf ebrachten Leiterbahnen bestehen, die zu einer durchgehenden Spule verbunden sind.
Auf diese Weise erübrigt sich das doch relativ auf¬ wendige Wickeln der Spulen auf einem Toroidkern.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher er¬ läutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 bis 3 schematisch erfindungsgemäße Koppler, und
Fig. 4a und 4b schematisch eine Wicklung und Spule für den Impulstransformator eines erfindungsgemäßen Kopplers.
Der Koppler entsprechend Fig.l ist für Anwendungen vorgesehen, bei denen die Zustandsänderungen des Eingangs¬ signals in kurzen Abständen erfolgen, sowie für Anwendungen, bei denen der Zeitpunkt der Zustandsänderungen möglichst genau übertragen werden soll. Bei der Übertragung digitaler Daten ist es wünschenswert, die maximal übertragbare Frequenz der Zustandsänderungen möglichst groß zu machen, um eine hohe Datenübertragungsrate zu erzielen. Bei Anwendungen, bei denen zum Beispiel analoge Signale übertragen werden sollen, deren Betrag durch die Zeit oder das Tastverhältnis codiert sind, muß die Genauigkeit in der Zeit möglichst groß sein, bzw. die Übertragungsgeschwindigkeiten für beide Signalübergangs¬ richtungen möglichst gleich sein, um die zu übertragende Größe nicht zu verändern. Der magnetische Koppler eignet sich daher auch gut für Anwendungen, in denen es auf eine möglichst schnelle Übertragung einer Zustandsänderung ankommt (zum Bei¬ spiel in schnellen logischen Schaltungen oder zum Ansteuern von Leistungs-(Schalt )-transistoren) . Beim Koppler entsprechend Fig.l wird die Änderung des Zustandes des Eingangssignals am Eingang I des nichtin¬ vertierenden Verstärkers 1 sofort mit einem Impuls über einen Impulstransformator 3,4 auf die Sekundärseite des Kopplers übertragen. Dort wird ein Flipflop gesetzt, das den Zustand des Eingangssignals bis zum nächsten Signalübergang speichert. Die Erzeugung der in ihrer Polarität der Richtung der Änderung zugeordneten Impulse geschieht auf Grund der Tatsache, daß sich die Änderung des Zustandes am Eingang des nicht¬ invertierenden Verstärkers 2 erst nach einer bestimmten Lauf¬ zeit an seinem Ausgang auswirkt. Für diese Laufzeit des Signals durch den Verstärker 2 befinden sich die Anschlüsse der Verstärker 1 und 2 und somit die beiden Anschlüsse der Primärwicklung 3 des Impulstransformators auf verschiedenen Potentialen. Die Polarität der Spannung an der Primärwicklung 3 wird dabei von der Richtung der Zustandsänderung bestimmt, die Dauer des Spannungspulses hängt von der Laufzeit des Ein¬ gangssignals durch den Verstärker 2 ab.
Das Flipflop auf der Sekundärseite des Kopplers, das den Zustand des Eingangssignals bis zum nächsten übertragenen Impuls speichert, besteht aus einem nichtinvertierenden Ver¬ stärker 5, dessen Eingang und Ausgang mit der Sekundärspule 4 des Impulstransformators verbunden sind. Wenn kein Impuls übertragen wird, ist der Verstärker 5 durch die Sekundärspule des Transformators mitgekoppelt und kennt daher nur zwei stabile Zustände: Entweder ist die AusgangsSpannung und damit die EingangsSpannung des Verstärkers gleich seiner minimalen Ausgangsspannung oder die Ausgangsspannung und damit die Ein¬ gangsspannung ist gleich dem Maximalwert der Ausgangsspannung des Verstärkers. Befindet sich der Verstärker 5 zum Beispiel im Zustand AusgangsSpannung gleich Minimalwert der Ausgangs- spannüng (logisch LOW) und wird in der Sekundärspule ein Spannungsimpuls induziert, der die Eingangsspannung so weit erhöht, daß der Verstärker seine AusgangsSpannung vergrößert, so befindet sich der Verstärker bei genügender Dauer des induzierten Spannungsimpulses am Ende des Impulses im anderen stabilen Zustand (AusgangsSpannung gleich Maximalwert der Aus¬ gansspannung, logisch HIGH) . Wird nun ein Spannungsimpuls um¬ gekehrter Polarität übertragen, so wird der Verstärker wieder in den Zustand logisch LOW gesetzt. Somit ist der Zustand auf αer nrnpiangerseite eindeutig der Richtung des Signalüberganges auf der Senderseite zugeordnet.
Unmittelbar nach dem Einschalten der Stromversorgung auf der Sekundärseite des Kopplers ist die Lage des Speicher- Flipflops unbestimmt. Dies kann bei manchen Anwendungen, wie zum Beispiel beim Ansteuern eines Leistungstransistors oder bei Regelschaltungen, wo dadurch eine falsche Stellung eines Stellgliedes verursacht werden kann, störend wirken. Dieser Nachteil kann beseitigt werden, wenn die Sekundärsei e des Kopplers so ausgebildet wird, daß ein zusätzlicher Eingang vorhanden ist, mit dem das Flipflop in einen definierten Zu¬ stand gesetzt werden kann, unabhängig davon, ob die Primär¬ seite des Kopplers arbeitet oder nicht. Eine solche Schaltung ist in Fig.3 dargestellt. Der Verstärker 5 ist bei dieser Aus¬ führungsform durch ein UND-Gatter 12 gebildet, dessen Ausgang und einer seiner beiden Eingänge mit der Sekundärspule 4 des Impulstransformators verbunden ist. Der andere Eingang des UND-Gatters 12 dient als Rück-Setzeingang R~ des dadurch ge¬ bildeten Flipflops. Liegt am Eingang R ein Signal logisch LOW, so ist der Ausgang des UND-Gatters 12 ebenfalls logisch LOW, unabhängig davon, ob in der Sekundärwicklung des Impulstransformators Impulse induziert werden oder nicht. Wird der Zustand am Eingang R logisch HIGH, so speichert das Flipflop 12 den Zustand logisch LOW so lange, bis ein in der Sekundärwicklung induzierter Impuls mit der geeigneten Polarität das Flipflop in den Zustand logische HIGH setzt. Der Verstärker 6 nach der Fig.l besteht hier ebenfalls aus einem UND-Gatter 13 und entnimmt das zu übertragende Signal aus Gründen einer möglichst geringen Laufzeit dem Eingang des Flipflop 12. Der andere Eingang des UND-Gatters 13 ist mit dem Rück-Setzeingang R* verbunden. Dies geschieht im Interesse einer möglichst kurzen Laufzeit des Rücksetz-Signals vom Ein¬ gang R zum Ausgang 0.
Für Anwendungen, bei denen gefordert wird, daß sich selten ändernde Zustände des 2-wertigen Eingangssignals rich¬ tig übertragen werden (zum Beispiel der Zustand eines Türkon¬ takts in einer sicherheitstechnischen Einrichtung) , es also nicht darauf ankommt, die Zustandsänderung möglichst schnell, sondern den statischen Zustand des Signals möglichst sicher über eine lange Zeit (evtl. Tage oder Jahre) hinweg zu über- tragen, wurde ein Koppler gemäß Fig.2 vorgesehen. Hier bewirkt nicht die Zustandsänderung des zu übertragenden Signals am Eingang D, sondern ein Signalübergang bestimmter Richtung am Eingang C-, die Erzeugung von in ihrer Polarität dem Zustand des Eingangssignals D zugeordneten Impulsen, die vom Impulstransformator 3,4 übertragen werden. Daher ist zum Unterschied zum vorher beschriebenen Koppler eine Übertragung des Zustandes des Eingangssignals möglich, auch wenn sich dieses über einen längeren Zeitraum nicht verändert. Ändert sich der Zustand des Signals am Eingang D, so wird diese Änderung im Unterschied zum vorher beschriebenen Koppler nicht sofort, sondern erst beim nächsten darauffolgenden signifikanten Signalübergang am Eingang C∑, übertragen. Wird an den Eingang Cp ein periodisches Signal gelegt, so wird der Zu¬ stand des Signals am Eingang D in periodischen Abständen über¬ tragen. Bleibt der Zustand des Signals am Eingang D dabei un¬ verändert, so ändert sich auch der Zustand des Speichel— Flipflops 5 auf der Sekundärseite nicht. Ändert sich der Zu¬ stand am Eingang D, so ändert das Flipflop auf der Sekundäi— seite bei dem nächsten darauf folgenden signifikanten Signal¬ übergang am Eingang Cp an der Primärseite des Kopplers seinen Zustand entsprechend dem Zustand des Signals am Eingang D. Wenn das Flipflop auf der Sekundärseite des Kopplers durch eine Störung (z.B. der "Versorgungsspannung) nicht den tat¬ sächlichen Zustand des Eingangssignals wiedergibt, so dauert dieser falsche Zustand nur bis zum nächsten signifikanten Signalübergang am Eingang Cp an. Beim vorher beschriebenen Koppler nach Fig.l bleibt der falsche Zustand bis zur nächsten Zustandsänderung des zu übertragenden Signals bestehen.
In Fig.3 ist ein Beispiel für die Realisierung der logischen Schaltung 7 nach Fig.2 unter Verwendung von zwei D- Flipflops 8,9 dargestellt. Die Eingänge D der beiden D- Flipflops sind miteinander verbunden. Ebenso sind die Eingänge Cp miteinander verbunden. Befindet sich nun der Eingang im Zu¬ stand logisch LOW und am Eingang C„ findet ein Signalübergang bestimmter Richtung statt, so wird sich am Zustand der Aus¬ gänge des D-Flipflops 8 nichts ändern ( logisch LOW, Q* logisch HIGH) . Der Zustand der Ausgänge des D-Flipflops 9 ändert sich jedoch: Der Ausgang Q wird logisch HIGH, der Aus¬ gang Q wird logisch LOW. Da jedoch der Ausgang Q des D- πiμnυpb 9 mit dem Setzeingang §~ (aktiv LOW) desseiDen υ- Flipflops verbunden ist, setzt sich das D-Flipflop 9 selbst wieder in den Zustand Ausgang Q logisch LOW bzw. Ausgang Q logisch HIGH zurück. Die Dauer, für die der Ausgang "Q des D- Flipflops 9 logisch HIGH ist, hängt von der Zeit ab, die von der Änderung des Zustandes am Ausgang Q von logisch HIGH nach logisch LOW bis zum Rücksetzen der Ausgänge Q" bzw. Q ver¬ streicht. Für diese Zeit liegen die Enden der Primärwicklung 3 des Impustransformators an verschiedenen Potentialen (Ausgang Q FF 8 logisch LOW, Ausgang Q FF 9 logisch HIGH) .
Ist zum Zeitpunkt des signifikanten Signalüberganges am Eingang Cp der Eingang D logisch HIGH, so ändert sich der Zustand der Ausgänge des D-Flipflops 9 nicht und der Ausgang Q des D-Flipflops 8 wird kurzzeitig logisch HIGH (für die Zeit¬ dauer bis sich das D-Flipflop 8 selbst wieder in den Zustand Ausgang Q logisch LOW bzw. Ausgang ÖT logisch HIGH zurück¬ setzt) . An der Primärwicklung 3 des Impulstransformators liegt daher wieder ein kurzer Spannungsimpuls, jedoch mit umge¬ kehrter Polarität. Die an der Primärwicklung 3 des Impulstransformators liegenden Spannungspulse sind in ihrer Polarität also eindeutig dem Zustand des Signals am Eingang D zugeordnet .
Die Verwendung sehr schneller logischer Schaltungen in Siliziumgate-CMOS Technologie erlaubt es, die Windungs¬ zahlen der Spulen 3,4 sehr klein zu machen. Ringkerne aus Ferrit mit 6 mm Durchmesser und die Inverterlaufzei von ca. 3 ns ergeben Windungszahlen von je 4. Um das kostenintensive Wickeln eines Toroidtransformators zu umgehen, kann eine Wick¬ lung gemäß der Fig.4 verwendet werden, die aus auf einem flexiblen Träger 15 angeordneten Leiterbahnen 14 hergestellt ist, die so angeordnet sind, daß sie nach der Umschlingung des Transformatorkerns 16 zu einer durchgehenden Spule verbunden sind. In Fig. 4a ist der flexible Träger 15 aus Isolierfolie im gestreckten Zustand und in Fig.4b nach der Umschlingung des Kerns 16 dargestellt.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Koppler zur potentialgetrennten Übertragung eines zweiwertigen Signales mittels eines Impulstransformators, an dessen Sekundärwicklung das übertragene Signal über eine bistabile Speicherschaltung abnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfang und das Ende der Primär¬ wicklung (3) des Impulstransformators mit verschiedenen An¬ schlüssen einer Schaltung (1, 2 ; 7) verbunden sind, die an diesen in Abhängigkeit vom an ihrem Eingang ankommenden Signalen zumindest kurzzeitig unterschiedliche Potententiale liefert.
2. Koppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Primärwicklung (3) verbundene Schaltung durch einen nichtinvertierenden Verstärker (2), vorzugsweise einen logischen Puffer oder zwei kaskadierende Invertoren gebildet ist, deren Eingang gegebenenfalls ein weiterer Verstärker (1) vorgeschaltet ist, wobei der Eingang und der Ausgang des nich¬ tinvertierenden Verstärkers (2) mit der Primärwicklung (3) verbunden sind.
3. Koppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Anfang und dem Ende der Primärwicklung (3) verbundene Schaltung (7) zwei Eingänge aufweist, an deren einem Eingang (Cp) ein z.B. periodisches Signal und an deren anderem Eingang (D) das zu übertragende Signal anliegt und deren beide Ausgänge iO- , 0_ ) in der Ruhelage den selben logischen Zustand einnehmen und die je nach logischem Pegel am mit dem zu übertragenden Signal beaufschlagten Eingang (D) beim Auftreten eines Signalüberganges bestimmter Richtung am mit dem z.B. periodischen Signal beaufschlagten Eingang (Cp) kurzzeitig unterschiedliche Potentiale liefern.
4. Koppler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die logische Schaltung (7) zwei D-Flip- Flops (8, 9) aufweist, deren Dateneingänge (D) miteinander verDunden und vom zu übertragenden Signal beaufschlagbar sind und deren Takteingänge miteinander und dem vom z.B. periodischen Signal beaufschlagten Eingang (C,-,) verbunden sind, wobei der Rücksetzeingang ("R) des einen D-Flop-Flops (8) mit dessen invertierendem Ausgang (Q) und der Setzeingang (S) des anderen D-Flip-Flops (9) mit dessen nicht invertierendem Ausgang (Q) verbunden ist und die beiden übrigen Ausgänge der beiden D-Flip-Flops (8, 9) mit der Primärwicklung (3) des Impulstransformators verbunden sind.
5. Koppler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfang und das Ende der Sekundär¬ wicklung (4) mit dem Ein- und Ausgang eines nichtin¬ vertierenden Verstärkers (5) verbunden ist, an dem das über¬ tragene Signal gegebenenfalls über einen weiteren Verstär¬ ker (6) abnehmbar ist.
6. Koppler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Sekundärwicklung (4) verbundene nicht- invertierende Verstärker und der mit diesem verbundene Ver¬ stärker durch je ein UND-Gatter (12, 13) gebildet sind, und die beiden einen Eingänge der UND-Gatter (12, 13) miteinander und mit einem Anschluß der Sekundärwicklung (4) und die beiden anderen Eingänge der UND-Gatter (12, 13) miteinander verbunden sind und einen Rücksetzeingang ("Ff) für die Sekundärseite des Kopplers bilden, wobei der zweite Anschluß der Sekundär¬ wicklung (3) mit dem Ausgang des einen UND-Gatters (12) ver¬ bunden ist und am Ausgang des zweiten UND-Gatters (13) das übertragene Signal abnehmbar ist.
7. Koppler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung des Impulstransformators aus auf einem flexiblen, isolierenden Träger (15) aufgebrachten Leiter¬ bahnen (149) bestehen, die zu einer durchgehenden Spule ver¬ bunden sind.
EP89905577A 1988-06-03 1989-05-24 Koppler zur potentialgetrennten übertragung eines zweiwertigen signales mittels eines impulstransformators Withdrawn EP0371106A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AT145288A AT391959B (de) 1988-06-03 1988-06-03 Koppler zur potentialgetrennten uebertragung eines zweiwertigen signales mittels eines impulstransformators
AT1452/88 1988-06-03

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP0371106A1 true EP0371106A1 (de) 1990-06-06

Family

ID=3514206

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP89905577A Withdrawn EP0371106A1 (de) 1988-06-03 1989-05-24 Koppler zur potentialgetrennten übertragung eines zweiwertigen signales mittels eines impulstransformators

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP0371106A1 (de)
AT (1) AT391959B (de)
WO (1) WO1989012366A1 (de)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1992018143A1 (en) 1991-04-15 1992-10-29 Applied Microbiology, Inc. Pharmaceutical compositions against gastric disorders
US6853685B1 (en) 1998-07-17 2005-02-08 Stephan Konrad Circuit arrangement for the electrically isolated transfer of digital signals
EP0977406B1 (de) 1998-07-17 2009-09-23 Endress + Hauser Wetzer GmbH + Co. KG Schaltungsanordnung zum galvanisch getrennten Übertragen von Digitalsignalen
DE10262239B4 (de) 2002-09-18 2011-04-28 Infineon Technologies Ag Digitales Signalübertragungsverfahren
US20080001700A1 (en) * 2006-06-30 2008-01-03 Flavio Pardo High inductance, out-of-plane inductors

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3210509A1 (de) * 1982-03-23 1982-12-09 Gerd Dr.-Ing. 3167 Burgdorf Harms Schnelle elektronische koppeleinrichtung zur potentialfreien uebertragung digitaler elektrischer steuersignale
US4799119A (en) * 1986-09-10 1989-01-17 International Business Machines Corporation Flexible circuit magnetic core winding for a core member

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO8912366A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
ATA145288A (de) 1990-06-15
WO1989012366A1 (fr) 1989-12-14
AT391959B (de) 1990-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69835808T2 (de) Trennschaltung für digitale signale
DE1499842B2 (de) Einrichtung zurCodeumwandlung eines einfachen NRZ-Signals in ein selbsttaktierendes NRZ-Signal
DE1095312B (de) Vorrichtung zur Herstellung von verlaengerten Schluesselfolgen mit sehr langer Periode fuer Mischgeraete zum Ver- und Entschluesseln
EP0216113B1 (de) Synchronisierungseinrichtung
DE2459885C2 (de) Schaltung zur Dekodierung eines dynamisch modulierten Signals
AT391959B (de) Koppler zur potentialgetrennten uebertragung eines zweiwertigen signales mittels eines impulstransformators
EP0977406A1 (de) Schaltungsanordnung zum galvanisch getrennten Übertragen von Digitalsignalen
DE2705779B2 (de) Wiederholer für den Empfang und die Übertragung von Daten
DE2651443B2 (de)
DE2811188A1 (de) Josephson-schaltkreis mit automatischer rueckstellung
DE1089014B (de) Schaltungsanordnung fuer Magnetkern-Umwerter
DE2133610A1 (de) Codierer
DE1132589B (de) Schaltbarer Sperrkreis zum Erzeugen einer Ausgangsleistung, deren Polaritaet von der Polaritaet der Eingangsleistung abhaengt
EP0044555A1 (de) Regenerator mit Coderegel-Verletzungsprüfer
DE2362441A1 (de) System zur uebertragung binaerer signale
DE2853559A1 (de) Kodierer zur uebertragung von digitalen binaeren daten in einem modifizierten miller-kode
DE1512639C (de) Schaltungsanordnung mit mehreren nach Art eines Schieberegisters hintereinander geschalteten Stufen zur Erzeugung von Im pulsen
DE1512520C3 (de) Schaltungsanordnung zum Entzerren von bipolaren, insbesondere ternär codemodulierten Impulsen
DE1195351B (de) Elektronische Unterbrecherschaltung
DE2306819C3 (de) Magnetisch steuerbares Bauelement
DE1487796C (de) Magnetischer Informationsumsetzer
DE2435209C3 (de) Schaltmatrix mit magnetisch gesteuerten Kontakten
DE1462727C (de) Schaltungsanordnung zum Anschluß von Sender und Empfänger an eine Übertragungsleitung
DE1089410B (de) Schaltungsanordnung zur Codierung und Aussendung von Fernschreibzeichen, bei der die Codierung mit Hilfe von Magnetkernen vorgenommen wird
DE2744117A1 (de) Anordnung zum umsetzen dcd-codierter digitaler signale in nrz-signale

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 19900122

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH DE FR GB IT LI LU NL SE

17Q First examination report despatched

Effective date: 19920827

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 19940628