ES2207537T3 - Dispositivo de aislamiento electrico con optoacoplador para lineas de conexion bidireccionales. - Google Patents

Abstract

Dispositivo de aislamiento eléctrico para una línea de conexión bidireccional (CTL[0:1], D[0:7]), que conecta entre sí dos unidades de circuito electrónico (10, 20), estando situada dicha unidad de aislamiento eléctrico (30) en cualquier parte a lo largo de la línea de conexión (CTL[0:1], D[0:7]) y que comprende al menos un opto-acoplador para proporcionar aislamiento eléctrico, caracterizado porque para la línea de conexión bidireccional (CTL[0:1], D[0:7]) están previstos o bien un solo opto-acoplador o dos opto-acopladores separados (311, 312), y porque está prevista una unidad de control (33) que genera las señales de conmutación dependientes de las señales de control emitidas por una de las dos unidades de circuito (EN, EN), cuyas señales de conmutación (EN, EN) o bien cambian la dirección efectiva del opto-acoplador individual respecto a la línea de conexión asociada (CTL[0:1], D[0:7]), o cuyas señales de conmutación activan uno de los dos opto-acopladores (311, 312), desactivando el otro opto-acoplador, para la transmisión de señales a través de la línea de conexión asociada (CTL [0:1], D[0:7]) en una dirección opuesta a la dirección de circulación de señales precedentes.

Description

Dispositivo de aislamiento eléctrico con optoacoplador para líneas de conexión bidireccionales.

La invención se refiere a un dispositivo de aislamiento eléctrico para líneas de conexión bidireccional/líneas de bus con el uso de opto-acopladores.

Técnica anterior

La invención está basada en un dispositivo de aislamiento eléctrico para líneas de conexión bidireccional del tipo genérico. Si una pluralidad de aparatos independientes están interconectados a través de líneas, entonces, es necesario, con frecuencia, proporcionar aislamiento eléctrico entre los componentes interconectados. Esto se aplica particularmente cuando los aparatos conectados están instalados, por ejemplo, de una manera distribuida en un edificio. Esto es debido a que en esta situación pueden producirse diferencias de potencial relativamente grandes entre los aparatos, que son provocadas, por ejemplo, por diferentes potenciales sobre las líneas de fuente de alimentación. Tales diferencias de potencial pueden producirse en el intervalo de algunos milivoltios hasta un número de voltios. Las diferencias de potencial de este tipo pueden estar presentes con mayor o menos estabilidad. Pueden variar, por ejemplo, de acuerdo con el consumo total de potencia instantánea en el edificio. No obstante, pueden fallar también momentáneamente, con efecto destructivo, por ejemplo, debido a una incidencia de iluminación en el propio edificio o en la proximidad del edificio.

En el caso menos severo, las señales de datos y/o las señales de control que se propagan a través de las conexiones de bus están simplemente corruptas. No obstante, pueden conducir a la destrucción de las secciones de circuito conectado.

Se plantea con frecuencia el problema de los circuitos de toma de tierra no deseados, provocados por las líneas de conexión. A modo de ejemplo, la corriente inducida puede circular a través del blindaje del cable de la conexión del bus, y corromper, de igual modo, las señales de datos transmitidas. Si la diferencia de potencial inducida es lo suficientemente grande, las personas que manipulan el cable de conexión del bus correspondiente podrían resultar también lesionadas.

Por tanto, es necesario el requerimiento de aislamiento eléctrico completo de las estaciones que están conectadas entre sí por líneas.

Un ejemplo de un sistema de bus en el que se requiere aislamiento eléctrico de los componentes que están conectados entre sí, es la norma del bus IEEE 1394, que ha adquirido recientemente cada vez más importancia. La designación exacta de esta norma de bus se encuentra en: IEEE Std 1394-1995, "IEEE Standard for a high performance serial bus" de 12.12.1995.

Lo que está implicado es un sistema de bus que contiene dos parejas de línea de datos y también dos líneas de fuente de alimentación de toma de tierra y en V y también una pantalla de cable del cable de conexión de bus. Las dos parejas de línea de datos permiten la transmisión de datos en serie síncronos. Lo que es probablemente una de las propiedades más extraordinarias del sistema de bus es que la transmisión de datos sea posible a velocidades de datos muy altas de 100 mega bits por segundo hasta 400 mega bits por segundo.

Con respecto a la realización de aislamiento eléctrico de estaciones que están conectadas entre sí a través del bus, se especifican dos realizaciones de circuito explícito en el Apéndice J.6 de la norma mencionada anteriormente. En ambos casos, se realiza un aislamiento eléctrico entre el módulo de la capa de enlace de datos y el módulo de la capa física. Un transformador, conectado adecuadamente con resistencias y condensadores, es utilizado para el aislamiento eléctrico en un caso, y en otro caso, está previsto un desacoplamiento capacitivo para el aislamiento eléctrico. Estas soluciones, han asumido, no obstante, que el módulo de la capa de enlace de datos y el módulo de la capa física están presentes como chips separados. Se ha mostrado retrospectivamente que el aislamiento capacitivo de los dos módulos no constituye una solución fiable en la práctica a altas frecuencias. Se han producido casos de corrupción de señales y radiaciones de interferencia. En el caso de aislamiento eléctrico que utiliza un transformador, además, existe como inconveniente que esta solución no puede utilizarse ya cuando el módulo de la capa de enlace de datos y el módulo de la capa física de el interfaz de bus están destinados a integrarse en un solo chip.

Adicionalmente, se conoce utilizar los denominados opto-acopladores para el aislamiento eléctrico de las unidades de circuito que están conectadas entre sí.

Invención

El objeto de la invención es especificar un dispositivo de aislamiento eléctrico en particular para líneas de conexión bidireccionales que funcionan de forma fiable incluso a frecuencias muy altas y pueden integrarse de forma muy fácil en un chip.

El objeto se consigue por medio de las características de la reivindicación 1 independiente. De acuerdo con la invención, el dispositivo de aislamiento eléctrico para las líneas de conexión bidireccional comprende dos opto-acopladores separados por línea de conexión bidireccional y una unidad de control, que genera las señales de conmutación de manera dependiente de las señales de control emitidas por una de las dos unidades de circuito, cuyas señales de conmutación, a través de las conmutaciones correspondientes, activan uno de los dos opto-acopladores y desactivan el otro opto-acoplador, y, por tanto, permiten transmisión de señales a través de la línea de conexión en una dirección. Esta solución no requiere componentes escasamente integrables, tales como transformadores. Además, la unidad de control mencionada anteriormente puede ser construida de manera sencilla y puede integrarse fácilmente en un chip.

Los desarrollos y mejoras ventajosas adicionales de los dispositivos mencionados en la reivindicación 1 son posibles en virtud de las medidas evidenciadas en las reivindicaciones dependientes. De acuerdo con la reivindicación 3, el dispositivo de aislamiento eléctrico puede estar previsto de forma muy ventajosa entre un módulo de capa de enlace de datos y un módulo de capa física de un interfaz de bus. Si se utiliza la solución en el caso de un interfaz de bus IEEE 1394, entonces, basta que la unidad de control respectiva evalúe las señales de control en las dos líneas de control CTL [0:1] del bus de conexión entre los dos módulos con el fin de activar el opto-acoplador correspondiente o cambiar la dirección efectiva del opto-acoplador.

En particular, los circuitos excitadores tri-estado pueden utilizarse de forma conveniente como conmutadores para la permutación entre los opto-acopladores o para cambiar la dirección efectiva del opto-acoplador, siendo accionados dichos circuitos excitadores tri-estado de forma correspondiente por la unidad de control.

Dibujos

Las formas de realización ejemplares de la invención se ilustran en los dibujos y se explican más detalladamente en la siguiente descripción. En las figuras:

La figura 1 muestra las líneas de conexión entre el módulo de enlace de datos y el módulo de capa física de acuerdo con la norma IEEE 1394.

La figura 2 muestra el dispositivo básico del módulo de la capa de enlace de datos, el dispositivo de aislamiento eléctrico y el módulo de capa física.

La figura 3 muestra la estructura del dispositivo de aislamiento eléctrico de acuerdo con una primera forma de realización ejemplar de la invención.

La figura 4 muestra un diagrama de estado de la unidad de control del dispositivo de aislamiento eléctrico como se muestra en la figura 3.

La figura 5 muestra la estructura del dispositivo de aislamiento eléctrico de acuerdo con una segunda forma de realización ejemplar de la invención.

Formas de realización ejemplares de la invención

La invención se explica utilizando el ejemplo de un dispositivo de aislamiento eléctrico para un interfaz de bus IEEE 1394. La figura 1 muestra la estructura básica de un interfaz de bus IEEE 1394. El último comprende dos módulos, el módulo de capa de enlace de datos 10 y el módulo de capa física 20. Estos dos módulos pueden estar integrados en chips separados. No obstante, es deseable que estos módulos estén integrados conjuntamente en un solo chip. La conexión entre los módulos se efectúa por dos líneas de control bidireccionales CTL[0:1], y, por ejemplo, ocho líneas de datos bidireccionales D[0:7], y también una unidad de control unidireccional LREQ que procede del módulo de capa de enlace de datos, y también una línea de control SCLK para el reloj del sistema, que procede del módulo de capa física. Por bien de la claridad, se menciona también que la conexión a un interfaz de bus IEEE 1394 adicional se efectúa a través de líneas de conexión externas que no están representadas y que están conectadas al módulo de capa física 20. Por consiguiente, el módulo de la capa de enlace de datos 10 contiene conexiones que conectan el interfaz de bus IEEE1394 a una unidad de aplicación. Para detalles adicionales con respecto a la estructura, y al método de funcionamiento de los módulos, el módulo de la capa de enlace de datos y el módulo de la capa física, se hace referencia a la norma IEEE 1394 ya mencionada anteriormente.

De acuerdo con una propuesta de la norma IEEE 1394, el dispositivo de aislamiento eléctrico 30 está previsto entre el módulo de la capa de enlace de datos 10 y el módulo de la capa de enlace de datos 10 y el módulo de la capa física 20. Esto se ilustra en la figura 2.

La estructura del dispositivo de aislamiento eléctrico 30 es representada por una primera forma de realización ejemplar en la figura 3, en la que una unidad de opto-acoplador es designada con el número de referencia 31. Esta unidad contiene dos opto-acopladores 311, 312. Estos últimos están conectados invertidos en paralelo, de forma que un elemento de emisión de luz de un opto-acoplador está conectado a esta parte de la línea de conexión bidireccional que está conectada al módulo de la capa de enlace de datos 10, y el elemento de emisión de luz del otro opto-acoplador es alimentado por esta parte de la línea de conexión que está conectada al módulo de la capa física. En el ejemplo mostrado, la línea de control CTL [0] está conectada a la unidad del opto-acoplador 31. Entre los dos opto-acopladores, se conecta un circuito excitador tri-estado 32 en cada lado de la unidad del opto-acoplador 31. Los dos circuitos excitadores tri-estado 32 ilustrados son conmutados por señales de activación complementarias EN y EN. Esto se describirá más detalladamente a continuación. Los circuitos excitadores tri-estado 32 tienen el siguiente efecto. Pueden ser conmutados o bien a un estado de alta impedancia o a un estado de baja impedancia en el está permitido el paso de las señales. Si consideramos que el circuito excitador tri-estado 32 del lado del módulo de capa de enlace de datos 10 está conmutado a modo de baja impedancia, es posible un flujo de señales a través de la línea de control CTL[0] procedente del módulo de la capa física 20 a través del opto-acoplador inferior 312 al módulo de la capa de enlace de datos 10. El flujo inverso de la señal es inhibido simultáneamente, puesto que el circuito excitador tri-estado 32 del lado del módulo de la capa física 20 está conmutado simultáneamente en un modo de alta impedancia. En paralelo con esto, es posible, por supuesto, realizar al mismo tiempo una desconexión del opto-acoplador superior. En el caso inverso, es decir, si el circuito excitador tri-estado de la izquierda 32 está conectado a un modo de alta impedancia y el circuito excitador tri-estado de la derecha 32 es conectado a un modo de baja impedancia, es posible un flujo de señales desde el módulo de la capa de enlace de datos 10 hasta el módulo de la capa física 20 a través de la línea de control CTL[0]. La conmutación de los circuitos excitadores tri-estado 32 se efectúa con la ayuda de las señales de control EN y EN mediante la unidad de control 33. Para este fin, la unidad de control 33 evalúa los estados de la señal en las dos líneas de control CTL[0:1]. Para el funcionamiento completo, la señal del reloj SCLK o una señal de reloj modificada de la misma, y también una señal de reposición son alimentadas adicionalmente a la unidad de control 33.

La norma IEEE 1394 proporciona el módulo de la capa física 20 para tener control sobre las líneas de conexión bidireccionales CTL[0:1] y D[0:7]. El módulo de la capa de enlace de datos 10 está permitido para accionar estas líneas de conexión solamente cuando el módulo de la capa física 20 cede su control sobre estas líneas al módulo de la capa de enlace de datos 10. Una explicación completa de cuándo y cómo el módulo de capa física 20 cede su control sobre las líneas de conexión bidireccionales puede encontrarse en el Apéndice J de la norma IEEE 1394. Un diagrama de estado para la unidad de control 33, que cumple las especificaciones de la norma IEEE 1394, se muestra en la figura 4 y se explica más detalladamente a continuación.

Antes de esta explicación, se indica también que la estructura mostrada en la figura 3 con los circuitos excitadores tri-estado 32 y el dispositivo de opto-acoplador 31 debe estar presente para cada una de las líneas de conexión bidireccionales entre el módulo de la capa de enlace de datos 10 y el módulo de la capa física 20, es decir, para las líneas de control CTL[0:1] y las líneas de datos D[0:7]. Para las dos líneas de control unidireccionales LREQ y SCLK, los opto-acopladores simples deben estar presentes en un dispositivo de aislamiento eléctrico completo, cuyos opto-acopladores, no obstante, tienen que actuar solamente en un sentido de acuerdo con el carácter unidireccional de estas líneas.

Este diagrama de estado de la unidad de control 33 muestra 4 estados. Después de una reposición, o después de la inicialización de el interfaz del bus, la unidad de control 33 es puesta en estado IDLE. En este estado, la unidad de control emite los estados lógicos EN = 0, EN = 1 como señales de salida. Esto es equivalente a la conmutación del circuito excitador tri-estado de la izquierda 32 de la figura 3 al estado de baja impedancia y la conmutación del circuito excitador tri-estado de la derecha 32 al estado de alta impedancia. El flujo de señales a través de todas las líneas bidireccionales se produce, por tanto, del módulo de capa física 20 hasta el módulo de capa de enlace de datos 10. Este estado se abandona cuando el nivel lógico 1 ha sido detectado en un ciclo de reloj en ambas líneas de control CTL[0] y CTL[1]. La unidad de control 33 es puesta entonces en el estado CHECK0. Entonces, espera el estado de las dos líneas de control en el siguiente ciclo de reloj. Si ambas líneas de control tienen el mismo estado lógico 0, la unidad de control 33 se pone en el estado LINK. En todos los demás casos, la unidad de control 33 retorna al estado IDLE. En el estado LINK, la combinación EN=1 y EN=0 es emitida como señal de salida. Esto es equivalente a la cesión del control sobre las líneas de conexión bidireccionales al módulo de capa de enlace de datos 10. Como consecuencia, el circuito excitador tri-estado de la izquierda 32 de la figura 3 es puesto entonces en estado de alta impedancia y el circuito excitador tri-estado de la derecha 32 es conmutado al estado de baja impedancia. Por tanto, el flujo de señales para todas las líneas bidireccionales se produce entonces desde el módulo de capa de enlace de datos 10 hasta el módulo de capa física 20. Si, en este estado surge el estado lógico 0 en ambas líneas de control CTL [0:1], entonces, la unidad de control 33 abandona el estado LINK y cambia al estado CHECK1. En este estado, se realiza un control para determinar si el estado lógico 0 es suministrado probablemente a través de ambas líneas de control en el siguiente ciclo de reloj. Si este es el caso, la unidad de control 33 cambia de nuevo al estado IDLE. De otro modo, cambia al estado LINK.

La forma de realización alternativa de un dispositivo de aislamiento eléctrico de acuerdo con la invención, se explicará ahora más detalladamente con referencia a la figura 5. Los componentes similares son designados por los mismos símbolos de referencia que en la figura 3. La diferencia de la solución como se muestra en la figura 3 consiste en el hecho de que, en la unidad de opto-acoplador 31, solamente está previsto un opto-acoplador por línea de conexión bidireccional. No obstante, la dirección efectiva de dicho opto-acoplador es cambiada de manera dependiente con las señales en las líneas de control CTL [0:1]. Esto se efectúa mediante 4 circuitos excitadores tri-estado 32 por línea de conexión. En este caso, la unidad de control 33 está construida exactamente del mismo modo que en el ejemplo de la figura 3, funcionando de acuerdo con el mismo diagrama de estado ilustrado en la figura 4. Por tanto, en el estado IDLE, se emitirán los estados lógicos 0 y 1 a través de las líneas EN y EN. Como resultado de ello, el primero de los dos circuitos excitadores tri-estado 32 del lado izquierdo de la figura 5 está conmutado a modo de alta impedancia y el segundo circuito excitador tri-estado está conmutado, por consiguiente, a modo de baja impedancia. Por consiguiente, el primero de los dos circuitos excitadores tri-estado del lado derecho de la figura 5 es conmutado, de igual forma, a modo de alta impedancia y el otro a un modo de baja impedancia. El flujo de señales es entonces como sigue. La señal circula a través de la línea de datos D[0] que procede del módulo de capa física 20 como transmisor, hasta el segundo circuito excitador tri-estado 32 del lado izquierdo de la figura 5, a través del opto-acoplador hasta el segundo circuito excitador tri-estado 32 del lado derecho de la figura 5 y desde allí hasta el módulo de capa de enlace de datos. En el otro estado LINK, las señales lógicas 1 y 0 son emitidas sobre las líneas EN y EN. Esto conmuta el flujo de señales. Como resultado de ello, el módulo de la capa de enlace de datos 10 funciona como transmisor. El paso de datos a través del primer circuito excitador tri-estado 32 del lado izquierdo de la figura 5, el opto-acoplador en la unidad de opto-acoplador 31, el primer circuito excitador tri-estado 32 del lado derecho de la figura 5 y desde allí pasa hasta la entrada del módulo de la capa física 20.

Las formas de realización descritas anteriormente de un dispositivo de aislamiento eléctrico pueden utilizarse de forma ventajosa no solo para la norma de bus IEEE 1394 y pueden emplearse cuando las líneas de conexión bidireccional están destinadas a estar provistas con aislamiento eléctrico. Este problema puede surgir también en otros sistemas de bus.

Claims (5)

1. Dispositivo de aislamiento eléctrico para una línea de conexión bidireccional (CTL[0:1], D[0:7]), que conecta entre sí dos unidades de circuito electrónico (10, 20), estando situada dicha unidad de aislamiento eléctrico (30) en cualquier parte a lo largo de la línea de conexión (CTL[0:1], D[0:7]) y que comprende al menos un opto-acoplador para proporcionar aislamiento eléctrico, caracterizado porque para la línea de conexión bidireccional (CTL[0:1], D[0:7]) están previstos o bien un solo opto-acoplador o dos opto-acopladores separados (311, 312), y porque está prevista una unidad de control (33) que genera las señales de conmutación dependientes de las señales de control emitidas por una de las dos unidades de circuito (EN, EN), cuyas señales de conmutación (EN, EN) o bien cambian la dirección efectiva del opto-acoplador individual respecto a la línea de conexión asociada (CTL[0:1], D[0:7]), o cuyas señales de conmutación activan uno de los dos opto-acopladores (311, 312), desactivando el otro opto-acoplador, para la transmisión de señales a través de la línea de conexión asociada (CTL [0:1], D[0:7]) en una dirección opuesta a la dirección de circulación de señales precedentes.

2. Dispositivo de aislamiento eléctrico de acuerdo con la reivindicación 1, refiriéndose la línea de conexión bidireccional (CTL [0:1], D[0,7]) o bien a una línea de datos (D[0:7]) o a una línea de control (CTL[0:1]).

3. Dispositivo de aislamiento eléctrico de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, refiriéndose las unidades de circuito (10, 20) que están conectadas entre sí a través de la línea de conexión a los bloques del circuito, al bloque de la capa de enlace de datos (10) y al bloque de la capa física (20) de un interfaz de conexión, en particular, el interfaz de bus IEEE 1394.

4. Dispositivo de aislamiento eléctrico de acuerdo con la reivindicación 3, donde la unidad de control respectiva (33) evalúa las señales de control en dos líneas de control (CTL[0:1]) del bus de conexión entre el bloque de la capa de enlace de datos (10) y el bloque de la capa física (20) de acuerdo con la norma IEEE 1394.

5. Dispositivo de aislamiento eléctrico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, donde son utilizados los circuitos excitadores tri-estado (32), que están conmutados a estados correspondientes mediante la unidad de control (33) que son utilizados para permutación entre los opto-acopladores o para cambiar la dirección efectiva de un opto-acoplador.