NO854401L - Drivkrets. - Google Patents

Abstract

Drivkrets (10) for å tilføre et første signal som har en ønsket bølgeform, frekvens og topp-til-topp spenning til en koaksial transmisjonslinje (40) som også har tilført seg et andre signal med en vesentlig høyere frekvens. En operasjonsforsterker (26) har det første signalet tilført sin ikke-inverterende inngangsterminal (24). Utmatningen (28) fra operasjonsforsterkeren tilføres over primærviklingen (34) av en drivkoblings transformator (36) gjennom en induktor (30) som tilveiebringer høy impedans overfor det andre signalet. Spenningene som induseres i sekundærviklingen (38) hos drivtransformatoren (36) tilføres transmisjonslinjen (40). Primærviklingen .(46) på en tilbakekoblingstransformator (48) er koblet parallelt med sekundærviklingen (38) på drivtransformatoren (36). Spenningen som induseres i sekundærviklingen (50) i tilbakekoblingstransformatoren (48) tilføres ved hjelp av en tilbakekoblingskrets (54) som omfatter et RC-filter (56, 58) til den ikke-inverterende inngangsterminalen (44) på operasjonsforsterkeren (26). Signalet som tilføres den inverterende inngangsterminalen (44) omfatter både en vekselstrømskomponent og en likestrømskomponent, hvilke komponenter bevirker utgangsstrømmen fra operasjonsforsterkeren (26) til å indusere i sekundærviklingen (38) hos drivtransformatoren (36) et signal, hvis bølgeform, frekvens og topp-til-topp spenning stort sett er lik de for det første signalet som tilføres den ikke-inverterende inngangsterminalen (24) på operasjonsforsterkeren (26).

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører området for drivkretser for tilføring til en transmisjonslinje, hvis belastninger varierer, et signal som har en ønsket bølgeform, frekvens og topp-til-topp spenning.

Bruken av koblingstransformatorer for å tillate en drivkrets

å tilføre signaler til en transmisjonslinje er kjent innenfor teknikken. Imidlertid synes der ikke å være tilstede noen tidligere kjente drivkrefter som er istand til å tilføre gjennom en koblingstransformator signaler på hvilke strenge begrensninger er plassert med hensyn til bølgeformen, topp-til-topp spenningen, og signalets frekvens som tilført transmisjonslinjen .

Problemet som løses ved drivkretsen ifølge foreliggende oppfinnelse er hvorledes man skal tilføre et relativt lavfre-

kvent signal som bærer binært kodet informasjon på en transmisjonslinje som samtidig bærer digitale signaler med betydelig høyere frekvens, uten at der oppstår en konflikt mellom de to signaler.

Miljøet i hvilket foreliggende oppfinnelse anvendes er et tegnpasserings.lokalområdenett i hvilket et begrenset, men betydelig antall fysiske moduler, hvis antall kan endre seg fra gang til gang, kommuniserer med hverandre over det lokale styrenettet, transmisjonslinjen, bussen eller koaksialkabelen. Kommunikasjonen mellom fysiske moduler skjer på en frekvens

av 5,0 MHz i den foretrukne utførelsesform. Topp-til-topp spenningen på de høyfrekvente signalene er begrenset i den foretrukne utførelsesform til 800 mV. I dette miljøet til-lates eller klargjøres en fysisk modul til å sende tids-styreinformasjon over en av koaksialkablene i den lokale nettbussen. Tidsstyreinformasjonen inngår i en tidsstyre-

ramme som er forberedt av tidsstyredelsystemet i de således klargjorte fysiske moduler. Tidsstyringsrammen omfatter informasjon som tillater tidsstyredelsystemene i samtlige fysiske moduler i nettet å synkronisere seg med den for senderen.

Når en redundant kabel anvendes, kan en andre modul settes istand til å sende tidsstyringsrammer over den andre kabelen på en lavere frekvens, 12,5 kHz i den foretrukne utførelses-form. En fysisk modul som er istand til å sende tidsstyrings-ramme over den lokale styrenettkabelen er forsynt med en drivkrets ifølge foreliggende oppfinnelse. For ytterligere informasjon vedrørende dette miljø, skal det henvises til norsk patentsøknad nr. med samme rettighetsinnehaver som for foreliggende søknad. Beskrivelsen i den nevnte søknad refereres det herved til med denne henvisning.

Topp-til-topp spenningen for de lavfrekvente signaler som tilføres kabelen eller transmissjonslinjen, må være slik at når den tilføyes topp-til-topp spenningen for signalene med høyere frekvens, er summen av de to spenningene slik at de ikke overstyrer mottakerne i de fysiske modulene i nettet. Styring av "topp-til-topp spenningen gjøres mere vanskelig

på grunn av at lasten som sees av drivkretsen ikke nødvendig-vis er konstant. Bølgeformen for det påtrykte signalet bør ikke omfatte harmoniske.av signalene med den høyere frekvensen. Hvis slike harmoniske var tilstede, kunne de medføre feil i den informasjon som sendes på den høyere frekvensen. I tillegg må drivkretsen tilveiebringe høy impedance overfor høyfrekvenssignalene som også føres over kabelen for å hindre overbelastning av drivkretsen som leverer høyfrekvenssignalene.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en drivkrets som tilfører gjennom sekundærviklingen av en drivkrets koblings-transf orma tor et kvasi-sinusformet tidsstyresignal som har

en gitt topp-til-topp spenning og frekvens til en koaksialkabel. Operasjonsforsterkeren i drivkretsen har inverterende og ikke-inverterende innganger og frembringer en utmatning som tilføres gjennom en induktans og som er kapasitivt koblet over primærviklingen i drivtransformatoren. Induktansen tilveiebringer en høyimpedans overfor de høyfrekvente signaler som er tilstede på koaksialkabelen, men dens impedans

overfor de lavfrekvente tidsstyresignalene er ikke vesentlige. Signaler som tilføres drivkretsene er et bipolart i alt vesentlig firkantbølgesignal med en gitt frekvens. Det bipolare firkantbølgesignalet filtreres til å fjerne komponenter med høyere frekvens, eller harmoniske og dempes av en inngangskrets for å tilføre et signal som har den ønskede bølgeformen, topp-til-topp spenning og frekvens, til den ikke-inverterende inngangen på operasjonsforsterkeren. Ut-gangen av operasjonsforsterkeren kobles gjennom induktansen og en likestrømstilbakekoblingsmotstand til den inverterende inngangen på operasjonsforsterkeren. Denne krets danner likestrøms tilbakekoblingsdelen av den inverterende inngangen. Den tidligere viklingen på tilbakekoblingstransformatoren kobles i parallell med sekundærviklingen„på driv-transf ormatoren . Spenningene som induseres i sekundærviklingen hos tilbakekoblingstransformatoren kobles kapasitivt til et RC-filter. Det filtrerte signalet fra dette RC-filter danner vekselstrømstilbakekoblingsdelen av. den inverterende inngangen til operasjonsforsterkeren. RC-filteret i vekselstrømstilbakekoblingskretsen hindrer signalet med høyere frekvens på koaksialkabelen i å bli inkludert i den inverterende innmatning til operasjonsforsterkeren. Høy-frekvens RC-filteret tilveiebringer en reltativt høy impedans overfor signalet som dekkes av koaksialkabelen. Den inverterende innmatning til operasjonsforsterkeren bevirker signalet som tilføres koaksialkabelen til å ha bølgeformen, topp-til-topp spenningen og frekvensen for den ikke-inverterende innmatningen til operasjonsforsterkeren.

Det er derfor et formål med denne oppfinnelse å tilveiebringe en drivkrets som kan tilføre signaler til transmisjonslinje, hvis bølgeform, topp-til-topp spenning og frekvens tilfredsstiller forutbestemte kriterier til tross for varierende belastninger sett av drivkretsen på transmisjonslinjen.

Andre formål, trekk og fordeler ved oppfinnelsen vil lett fremgå av den etterfølgende beskrivelse av visse foretrukne utførelsesformer derav, sett i forbindelse med de vedlagte tegninger, selv om variasjoner og modifikasjoner kan utføres uten å avvike fra ideen og omfanget av de nye konsepter ifølge beskrivelsen. Figur 1 er et kretsskjema over drivkretsen ifølge oppfinnelsen . Figur 2 illustrerer bølgeformer som anvendes i forbindelse med beskrivelsen av oppfinnelsen.

I figur 1 mottar drivkretsen 10 et firkantbølge bipolart signal som tilføres inngangsterminalen 12 og 14 fra et tidsstyringsdelsystem slik det er beskrevet i norsk patent-søknad nr.. Bølgeformen, topp-til-topp spenningen og perioden for dette tidsstyringssignal er som vist i figur 2 av bølgeformen 16 og 18. Tidsstyresignalet som tilføres terminalene 12 og 14 passerer gjennom inngangskretsen 20 som demper og i tillegg filtrerer ut dets høyere frekvenskomponenter for å frembringe et signal som har en bølgeform betegnet som kvasi-sinusformet med en topp-til-topp spenning som vist i figur 2 ved bølgeform 22. Den kvasi-sinusformede utmatningen fra inngangskretsen 20 er koblet til den ikke-inverterende terminalen 24 på operasjonsforsterker 26. I den foretrukne utførelsesform er operasjonsforsterkeren 26 en programmerbar effek operasjonsforsterker av typen National Semiconductor LM13080. Utmatningen fra operasjonsforsterkeren 26 på dens utgangsterminal 28 tilføres gjennom induktoren 30 og kondensatoren 32 over primærviklingen 34 av drivkoblingstransformatoren

36. Sekundærviklingen 38 på transformatoren 36 er koblet til en koaksialkabel 40 slik at spenningene som induseres i sekundærviklingen 38 tilføres koaksialkabelen 40, en transmissjonslinje, eller lokale styrenettbuss, for eksempel-vis et tegnpasserings lokalområdenett (token passing local area network). Utgangsterminalen 28 fra operasjonsforsterkeren 2 6 er også koblet gjennom induktoren 30 og motstanden 42 til den inverterende inngangsterminalen 4 4 på operasjonsforsterkeren 26. Kretsen som omfatter motstanden 42 tilveiebringer en likestrøms tilbakekoblingsvei til den inverterende inngangsterminalen 44.

For å tilveiebringe en vekselstrøms tilbakekobling til den inverterende terminalen 44, kobles primærviklingen 4 6 hos tilbakekoblingstransformatoren 48 parallelt med transformatoren 36 sekundærvikling 38. Spenningene som induseres over sekundærviklingen 50 i transformatoren 4 8 blir kapasitivt koblet gjennom kondensatoren 52 og RC-filter.r- . kretsen 54 til den inverterende inngangsterminalen 44. Filterkrets 54 omfatter en motstand 56 og kondensator 58.

I den foretrukne utførelsesform har kabel 40 over en vesentlig prosentandel av tiden et høyfrekvenssignal med en topp-til-topp spenning av 800 mV ved 5 MHz. Drivkretsen 10 driver et 12,5 kHz signal som har en topp-til-topp spenning av 9 5 mV på kabelen 40. Bølgeformen for 12,5 kHz signalet er kvasi-sinusformet som resultatet av utfiltrering av høyfrekvent harmoniske av de i alt vesentlig firkant-bølge inngangssignalene som tilføres inngangsterminalene 12 og 14 av filterdempningskretsen 20. Kretsen 20 reduserer også amplituden av det påtrykte signal til det som er forenelig med systemets krav, dvs. en topp-til-topp spenning på terminal 2 4 som ikke overskrider 100 mV i den foretrukne utførelsesform.

Induktoren 30, som er koblet i serie med utgangsterminalen 28 på operasjonsforsterkeren 26 tillater 12,5 kHz utgangs-signalene som frembringes av operasjonsforsterkeren 26 til lett å passere gjennom og tilføres over primærviklingene 34 hos drivtransformatoren 36 mens den gir en høy impedans overfor 5 MHz signalet på kabelen 40. Motstanden 42 i likestrømstilbakekoblingskretsen gir også en høy impedanse overfor 5 MHz signalet på kabelen 40.

For at drivkretsen 10 skal kunne drive eller tilføre signaler på kabelen 40, som har den samme bølgeformen, topp-til-topp spenningen og frekvensen som de som tilføres den ikke-inverterende inngangsterminalen 24 på operasjonsforsterkeren 26, er det nødvendig at bølgeformen, topp-til-topp spenningen og frekvensen for signalet som til-føres den inverterende inngangsterminalen 4 4 på operasjonsforsterkeren 26 har vekselstrøms og likestrømstilbakekob-lings sløyfene, eller kretsene, er de samme som for det signal som tilføres den ikke-inverterende terminalen 24. Det kan antas at spenningen over primærviklingen 34 hos transformatoren 36 er i alt vesentlig den samme som de som induseres i sekundærviklingen 38. Dette er ikke tilfelle ettersom de strømmer som kreves til å drive de mange belastninger sett av sekundærviklingen 38 bevirker tap i transformatoren 36 som medfører at spenningen over primærviklingen 34 er forskjellig fra de som er over sekundærviklingen 38. Således blir bølgeformen og spenningen over viklingen 34 ikke kopi av det som er over viklingen 38.

For å tilveiebringe som vekselstrøms tilbakekoblingssignalet et som kopierer det over viklingen 38 hos drivtransformatoren 36, er primærviklingen 46 på tilbakekoblingstransformatoren 48 koblet parallelt med viklingen 38.

Som et resultat av dette er bølgeformen og spenningen over sekundærviklingen 50 hos tilbakekoblingstransformatoren 48 et langt mer representativt signal for det som til-føres kabelen 40. Når dette vekselstrøms tilbakekoblingssignal kobineres med likestrøms tilbakekoblingssignalet gjennom motstanden 42, bevirker de at utmatningen fra operasjonsforsterkeren 26 er slik at bølgeformen, topp-til-topp spenningen og frekvensen for signalet som tilføres kabelen 40 i alt vesentlig overensstemmer i alle henseender, eller kopierer det ikke-inverterende signalet som tilføres terminal 24 på operasjonsforsterkeren 26.

Kretsen som er koblet til pinne 4 på operasjonsforsterkeren 26 anvendes til å stabilisere forsterkningen i operasjonsforsterkeren 26. Kretsen som er koblet til pinnene 2 og 7 på operasjonsforsterkeren 26 hindrer den i å funksjonere når passende signaler tilføres på pinne eller terminal 60, hvilke signaler hindrer operasjonsforsterkeren 26 i å sende under effekt økning og effekt senkning.

Fra det foregående ansees det innlysende at drivkretsen ifølge foreliggende oppfinnelse påtrykker signaler til en transmisjonslinje, hvis bølgeform, topp-til-topp spenning og frekvens tilfredsstiller forut bestemte kriterier for disse signaler til tross for varierende belastninger på transmisjonslinjen sett fra drivkretsen.

Det vil være innlysende at forskjellige modifikasjoner

kan foretas på den beskrevne utførelsesform uten å avvike fra den foreliggende oppfinnelses omfang.

Claims (5)

1. Drivkrets for å tilføre gjennom en sekundærvikling hos en drivtransformator et kvasi-sinusformet signal som har en gitt topp-til-topp spenning og frekvens, karakterisert ved forsterkningsmiddel som har inverterende og ikke-inverterende inngangssignaler tilført seg for frembringelse av et utgangssignal som påtrykkes over primærviklingen av drivtransformatoren, og tilbakekoblingsmiddel som omfatter en tilbakekoblingstransformator, hvis primærvikling er koblet parallelt med drivtransformatorens sekundærvikling for tilførsel av et tilbakekoblingssignal som det inverterende inngangssignalet til forsterkningsmidlet, idet nevnte tilbakekoblingssignal bevirker signalet over sekundærviklingen på.drivtransformatoren til i alt vesentlig å være til-passet det ikke-inverterende inngangssignalet som til-føres forsterkermidlet.

2. Drivkrets for å tilføre et lavfrekvent kvasi-sinusformet signal som har en i alt vesentlig konstant topp-til-topp spenning over en transmisjonslinje, hvilken transmisjonslinje samtidig fører et høyfrekventsignal, karakterisert ved operasjonsforsterkermiddel innrettet til å få tilført seg et inverterende inngangssignal, et ikke-inverterende inngangssignal, og til å frembringe et utgangssignal, idet nevnte operasjonsforsterker har tilført seg som sitt ikke-inverterende signal nevnte kvasi-sinusformede signal, drivtransformator middel som har primær og sekundærviklinger, idet nevnte drivtransformatormiddel tilfører over transmisjonslinjen spenninger indusert i dens sekundære vikling, utgangskretsmiddel som omfatter middel som tilveiebringer en høy impedans overfor de høyfrekvente signaler som er tilstede på transmisjonslinjen for å påtrykke utgangssignalet fra forsterkermidlet over primærviklingen av drivtrans-formatormidlet, likestrøms tilbakekoblingskrets middel for å påtrykke en del av utgangssignalet fra forsterkermidlet som en del av det inverterende inngangssignalet til forsterkermidlet, og et vekselstrøms tilbakekoblingsmiddel som omfatter tilbake-koblingstransformatormiddel, idet nevnte tilbakekoblings-transformatormiddel omfatter en primær og en sekundær vikling, hvor primærviklingen er koblet parallelt med sekundærviklingen på drivtransformatoren, idet nevnte vekselstrømstilbakekoblingsmiddel tilfører en del av den spenning som induseres i sekundærviklingen av tilbakekoblingstransformatoren som balansen av det inverterende inngangssignalet til forsterkermidlet, hvorved signalet som tilføres transmisjonslinjen av drivkretsen i alt vesentlig passer til det som tilføres den ikke-inverterende inngangen til forsterkeren.

3. Drivkrets, karakterisert ved en forsterker som har en inverterende og en ikke-inverterende inngangsterminal og utgangsterminal, en inngangskrets som omfatter en inngangsterminal, en utgangsterminal og RC-filterey idet nevnte inngangskrets er innrettet til å få påtrykt til seg i alt vesentlig firkantbølgesignaler som har en gitt frekvens og topp-til-topp verdi, idet utgangsterminalen for inngangskretsen er koblet til den ikke-inverterende inngangsterminalen på forsterkeren, en isoleringskrets som omfatter en induktor som har en inngangsterminal og en utgangsterminal, hvor inngangsterminalen på isolasjonskretsen er koblet til utgangsterminalen på forsterkeren, en drivtransformator som har en primær og en sekundær vikling, kretsmiddel som forbinder utgangsterminalen hos isolasjonskretsen med primærviklingen på drivtransformatoren, en transmisjonslinje, kretsmiddel for å forbinde transmisjonslinjen med sekundærviklingen på drivtransformatoren slik at spenningene som induseres i sekundærviklingen tilføres transmisjonslinjen, en likestrøms tilbakekoblingskrets koblet mellom utgangsterminalen hos isolasjonskretsen og den inverterende inngangsterminalen på forsterkeren, en tilbakekoblingstransformator som har en primær og en sekundær vikling, kretsmiddel for å forbinde primærviklingen i tilbakekoblings-transf ormatoren parallelt med sekundærviklingen på drivtransformatoren, og en vekselstrøms tilbakekoblingskrets som er kapasitivt koblet til sekundærviklingen på tilbakekoblingstransformatoren og forbundet med den' ikke-inverterende terminal på forsterkeren, idet karakteristikkene for vekselstrøms-og likestrømstilbakekoblingskretsene bevirker signalet som tilføres den inverterende inngangsterminal på forsterkeren til i alt vesentlig å passe til det som tilfø res den ikke-inverterende inngangsterminalen av inngangskretsen.

4. Drivkrets for å tilføre et lavfrekvent signal med konstant spenning til en transmisjonslinje som samtidig fører et høyfrekvent signal, karakterisert ved forsterkermiddel som har inverterende og ikke-inverterende inngangsterminaler og utgangsterminal, inngangskretsmiddel til hvilket tilføres et bipolart firkant-bølgesignal som har en topp-til-topp spenning av stort sett 10 volt og en frekvens av stort sett 12,5 kHz, og for å påtrykke et 100 millivolt (mV) kvasi-sinusformet signal som har en frekvens lik 12,5 kHz til den ikke-inverterende inngangsterminal på forsterkeren, en isolasjonskrets som har en inngangsterminal og en utgangsterminal, idet inngangsterminalen er koblet til utgangsterminalen på forsterkeren, en drivtransformator som har en primær og en sekundær vikling, kretsmiddel for å forbinde inngangen på isolasjonskretsen med primærviklingen på drivtransformatoren, idet sekundærviklingen er koblet til transmisjonslinjen, en likestrømstilbakekoblingskrets som forbinder utgangsterminalen på isolasjonskretsen med den inverterende inngangsterminalen på forsterkeren, og en vekselstrøms tilbakekoblingskrets som omfatter en tilbakekoblingstransformator som har en primærvikling og en sekundærvikling, idet primærviklingen er koblet parallelt med sekundærviklingen på drivtransformatoren for tilførsel av et vekselstrøms tilbakekoblingssignal til den inverterende inngangsterminalen på forsterkeren.

5. Drivkrets som angitt i krav 4, karakterisert ved at vekselstrømstilbakekoblingskretsen dess- uten omfatter RC-filtere for å fjerne nevnte høyfrekvente signaler fra vekselstrøms tilbakekoblingssignalet.