AT391959B - COUPLERS FOR THE POTENTIAL-SEPARATE TRANSMISSION OF A TWO-VALUE SIGNAL BY MEANS OF A PULSE TRANSFORMER - Google Patents

COUPLERS FOR THE POTENTIAL-SEPARATE TRANSMISSION OF A TWO-VALUE SIGNAL BY MEANS OF A PULSE TRANSFORMER Download PDF

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Description

Nr. 391959No. 391959

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.The invention relates to a coupler for the 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.

Aus dem Bestreben, elektrische Informationssysteme störfest gegen die elektromagnetische Beeinflussung zu machen, ergibt sich ein Bedarf an galvanisch isolierten Koppelelementen (im weiteren Koppler genannt), die zweiwertige elektrische 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 übertragenen Signals eintritt. Wichtig erscheint, daß - im Gegensatz zur Kopplung mit Hilfe eines einfachen Transformators - auch die statischen Zustände des Signals trotz der potentialgetrennten Übertragung richtig wiedergegeben werden.In order to make electrical information systems immune to electromagnetic interference, there is a need for galvanically isolated coupling elements (hereinafter referred to as couplers) that can transmit divalent electrical signals from one circuit to another, which is electrically isolated, as accurately as possible. Large potential differences and their rates of change over time between the two circuits should be permissible without the signal being falsified thereby. It seems important that - in contrast to the coupling with the help of a simple transformer - the static states of the signal are also correctly displayed despite the electrically isolated transmission.

Eine verbreitete Maßnahme der statischen Übertragung von zweiwertigen Signalen besteht in der Verwendung von Optokopplern. 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 Einsatz der Optokoppler. Die aus der Sicht der zeitlichen Symmetrie günstigere transformatorische Kopplung hat den Nachteil, daß statische Zustände nicht übertragen werden können. Dieser Nachteil kann vermieden werden, wenn in einem magnetischen 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 entsprechenden Polarität erzeugt werden, diese Impulse durch einen Transformator übertragen werden und auf der Sekundärseite ein Flipflop setzen, welches den gesetzten Zustand bis zum nächsten Impuls speichert. Beispiele für derartige Koppler sind zu finden in "Pulse Transformers" von Μ. A. Nadkami 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.A common measure of the static transmission of bivalent signals is the use of optocouplers. 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. This disadvantage can be avoided if pulses are generated on the primary side in a magnetic, that is to say transformer-coupled (in contrast to the optical, therefore, electromagnetic-coupled) coupler at the time of the state changes of the input signal in the polarity corresponding to the direction of the transition, and these pulses are transmitted by a transformer and set a flip-flop on the secondary side, which stores the set state until the next pulse. Examples of such couplers can be found in " Pulse Transformers " from Μ. A. Nadkami and S. Ramesh Bhat, Tata Mc Graw-Hill, New Delhi, 1985 or in the script for the lecture Electronics 1 by H. Leopold, Institute for Electronics of the Graz University of Technology, 1985.

Bei diesen bekannten Lösungen ergibt sich zumeist der Nachteil eines relativ hohen Schaltungsaufwandes.These known solutions mostly have the disadvantage of a relatively high circuit complexity.

Ziel der Erfindung ist es diesen Nachteil zu vermeiden und einen Koppler der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, 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 Eingangssignales übertragen weiden müssen geeignet ist.The aim of the invention is to avoid this disadvantage and to propose a coupler of the type mentioned at the outset, which is distinguished by a simple structure and is designed from the outset both to achieve a high data transmission rate and for applications in which the states of the divalent only rarely change Input signals must graze is suitable.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Anfang und das Ende der Primärwicklung des Impulstransformators mit verschiedenen Anschlüssen einer Schaltung, die durch einen nichtinvertierenden Verstärker gebildet ist, verbunden sind, die an diesen in Abhängigkeit vom an ihrem Eingang ankommenden Signalen zumindest kurzzeitig unterschiedliche Potentiale liefert, wobei der Eingang und der Ausgang des nichtinvertierenden Verstärkers mit der Primärwicklung verbunden sind und der Anfang und das Ende der Sekundärwicklung mit dem Ein- und Ausgang eines nichtinvertierenden Verstärkers verbunden ist, an dem das übertragene Signal abnehmbar ist.According to the invention, this is achieved in that the beginning and the end of the primary winding of the pulse transformer are connected to different connections of a circuit which is formed by a non-inverting amplifier which, at least briefly, supplies different potentials thereon depending on the signals arriving at its input, wherein the input and the output of the non-inverting amplifier are connected to the primary winding and the beginning and the end of the secondary winding are connected to the input and output of a non-inverting amplifier from which the transmitted signal is removable.

Durch diese Maßnahmen ist es möglich Signale von einem Stromkreis in den anderen zu übertragen, wobei der Ausgang des Kopplers so lange in dem einen logischen Zustand verbleibt, bis ein weiteres Signal am Eingang des Kopplers einlangt.These measures make it possible to transmit signals from one circuit to the other, the output of the coupler remaining in one logical state until another signal arrives at the input of the coupler.

Außerdem ist dadurch auch sichergestellt, daß nur während einer durch die Laufzeit der Signale durch den Verstärker bedingten Zeitspanne unterschiedliche Potentiale an den Anschlüssen der Primärwicklung des Kopplers liegen. Diese Zeitspanne reicht aber aus um das am Eingang des Kopplers anstehende Signal zu übertragen. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform 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 mit einer sehr hohen Frequenz übertragen werden, wodurch sich eine hohe Datenübertragungsrate ergibt.In addition, this also ensures that different potentials are present at the connections of the primary winding of the coupler only for a period of time due to the transit time of the signals through the amplifier. However, this period of time is sufficient to transmit the signal present at the input of the coupler. Another advantage of this embodiment is that the point in time at which the logic state changes at the input of the coupler is transmitted with very high accuracy to its secondary winding or the output of the coupler. In addition, the signals can be transmitted at a very high frequency, which results in a high data transmission rate.

In diesem Zusammenhang ist es besonders günstig, wenn der mit der Primärwicklung verbundene nichtinvertierende Verstärker durch einen logischen Puffer oder zwei kaskadierende Invertoren gebildet ist, deren Eingang gegebenenfalls ein weiterer Verstärker vorgeschaltet istIn this context, it is particularly advantageous if the non-inverting amplifier connected to the primary winding is formed by a logical buffer or two cascading invertors, the input of which may be preceded by a further amplifier

Weiters ergibt sich durch die vorgeschlagenen Maßnahmen der Vorteil, daß eine Mitkopplung des nichtinvertierenden Verstärkers mit der Sekundärwicklung des Impulstransformators entsteht, wodurch der Verstärker nur zwei stabile Zustände annehmen kann.Furthermore, the proposed measures have the advantage that the non-inverting amplifier is also coupled to the secondary winding of the pulse transformer, as a result of which the amplifier can only assume two stable states.

Dabei kann weiters vorgesehen sein, daß das Signal des mit der Sekundärwicklung verbundenen nicht invertierenden Verstärkers über einen weiteren Verstärker abnehmbar ist.It can further be provided that the signal of the non-inverting amplifier connected to the secondary winding can be removed via a further amplifier.

Bei Anwendungen, bei denen z. B. analoge Signale übertragen werden sollen, deren Betrag durch die Zeit oder das Tastverhältnis codiert sind, ist es wünschenswert bei der Übertragung Zeitabweichungen, bzw. Abweichungen in der Übertragungsgeschwindigkeit 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.In applications where e.g. B. analog signals are to be transmitted, the amount of which is encoded by the time or the duty cycle, it is desirable to avoid time deviations in the transmission, or deviations in the transmission speed for both signal transition directions as possible, which with the solution according to the invention to a much more extensive extent succeeds as with the optocouplers mostly used for such purposes.

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 -2-In couplers according to the invention, which are essentially for the transmission of input signals with rarely changing logical states, as z. B for door contacts of safety devices -2-

Nr. 391 959 gegeben sind, vorgesehen sind und bei welchen Kopplern das übertragene Signal von da Sekundärwicklung über eine wiedertriggerbare 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 periodisches Signal und an deren anderem Eingang das zu 5 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 kurzzeitig unterschiedliche Potentiale liefern, wobei die logische Schaltung zwei D-Flip-Flops aufweist, deren eine Eingänge miteinander verbunden und vom zu übertragenden Signal beaufschlagbar sind und deren 10 Takteingänge miteinander und dem vom periodischen Signal beaufschlagten Eingang verbunden sind und der Rücksetzeingang des einen D-Flop-Flops mit dessen invertierendem Ausgang und der eine 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 und daß der mit der Sekundärwicklung verbundene nichtinvertierende Verstärker und der mit diesem verbundene Verstärker durch je ein 15 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 verbunden sind und einen Rücksetzeingang für die Sekundärseite des Kopplers bilden, wobei der zweite Anschluß der Sekundärwicklung mit dem Ausgang des einen UND-Gatters verbunden ist und am Ausgang des zweiten UND-Gatters das übertragene Signal abnehmbar ist 20 Durch diese Maßnahmen wird ein großes Maß an Sicherheit 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.No. 391 959 are provided, and in which couplers the transmitted signal can be removed from the secondary winding via a retriggerable memory circuit, according to a further feature of the invention it can be provided that the circuit connected to the beginning and the end of the primary winding has two inputs has at its one input a periodic signal and at its other input the signal to be transmitted 5 is present and the two outputs assume the same logical state in the rest position and, depending on the logical level, at the input to which the signal to be transmitted is applied when a signal transition occurs certain direction on with the z. B. periodic signal input briefly supply different potentials, the logic circuit having two D flip-flops, one of which inputs are connected to one another and can be acted upon by the signal to be transmitted and whose 10 clock inputs are connected to one another and the input acted on by the periodic signal and the reset input of one D-flop flop is connected to its inverting output and one set input of the other D-flip-flop is connected to its non-inverting output and the two other outputs of the two D-flip-flops are connected to the primary winding of the pulse transformer and that the non-inverting amplifier connected to the secondary winding and the amplifier connected to it are each formed by a 15 AND gate, and the two one inputs of the AND gates with one another and with a connection of the secondary winding and the other two inputs of the AND gates with one another connected n 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 at the output of the second AND gate 20 These measures make a large measure of Security ensures that the static state of the transmitted signal is safely maintained for a long time. The static state of the transmitted signal z. B. can be maintained for months or years, and there is also a very high level of immunity to interference.

Weiters ergibt sich durch diese Maßnahmen auch ein sehr einfacher schaltungstechnischer Aufoau. Die 25 Übertragung einer Änderung des zu übertragenden Eingangssignales erfolgt dabei nicht sofort bei dessen Änderung sondern bei der diesem Ereignis folgenden Signifikaten Änderung des 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 periodischen Signales der Ausgang des Kopplers wieder in den durch das zuletzt übertragene Eingangssignal bestimmten logischen Zustand zurückkehrt. Dadurch 30 wird auch eine sehr hohe Sicherheit des logischen Zustandes des Ausganges des Kopplers sichergestellt.These measures also result in a very simple circuit design. The transmission of a change in the input signal to be transmitted does not take place immediately when the input signal changes, but when the periodic signal changes following the event. This solution also has the advantage that if the logic state of the coupler output changes due to a fault, the next time the periodic signal changes, the coupler output returns to the logic state determined by the last transmitted input signal returns. This also ensures a very high level of security for the logic state of the output of the coupler.

Außerdem ist es dadurch auch ermöglicht, daß der Ausgang des Kopplers beim Anlegen an die Versorgungsspannung in einen definierten logischen Zustand gebracht wird.It also enables the output of the coupler to be brought into a defined logic state when it is connected to the supply voltage.

Um eine fertigungstechnisch einfache Herstellung der erfmdungsgemäßen Koppler zu ermöglichen ist es vorteilhaft, wenn die Windungen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung des Impulstransformators aus auf 35 einem flexiblen, isolierenden Träger aufgebrachten Leiterbahnen bestehen, die zu einer durchgehenden Spule verbunden sind.In order to enable the couplers according to the invention to be manufactured in a technically simple manner, it is advantageous if the turns of the primary winding and the secondary winding of the pulse transformer consist of conductor tracks applied to a flexible, insulating carrier and connected to form a continuous coil.

Auf diese Weise erübrigt sich das doch relativ aufwendige Wickeln der Spulen auf einem Toroidkem.In this way, the relatively complex winding of the coils on a toroid core is unnecessary.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:The invention will now be explained in more detail with reference to the drawing. Show:

Fig. 1 bis 3 schematisch erfindungsgemäße Koppler, und 40 Fig. 4a und 4b schematisch eine Wicklung und Spule für den Impulstransformator eines erfmdungsgemäßen Kopplers.1 to 3 schematically coupler according to the invention, and 40 Fig. 4a and 4b schematically a winding and coil for the pulse transformer of a coupler according to the invention.

Der Koppler entsprechend Fig. 1 ist für Anwendungen vorgesehen, bei denen die Zustandsänderungen des Eingangssignals 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 45 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 Signalübergangsrichtungen möglichst gleich sein, um die zu übertragene Größe nicht zu verändern. Der elektromagnetische Koppler eignet sich daher 50 auch gut für Anwendungen, in denen es auf eine möglichst schnelle Übertragung einer Zustandsänderung ankommt (zum Beispiel in schnellen logischen Schaltungen oder zum Ansteuem von Leistungs-(Schalt)· transistoren).The coupler according to FIG. 1 is intended for applications in which the changes in state of the input signal take place at short intervals, and for applications in which the time of the changes in state is to be transmitted as precisely as possible. When transmitting digital data, it is desirable to make the maximum transferable frequency of the state changes as large as possible in order to achieve a high data transfer rate. In applications in which, for example, analog signals are to be transmitted, the amount of which is encoded by the time or the duty cycle, 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 determine the size to be transmitted not to change. The electromagnetic coupler is therefore also well suited for applications in which the most rapid transfer of a change in state is important (for example in fast logic circuits or for controlling power (switching) transistors).

Beim Koppler entsprechend Fig. 1 wird die Änderung des Zustandes des Eingangssignals am Eingang (I) des nichtinvertierenden Verstärkers (1) sofort mit einem Impuls über einen Impulstransformator (3), (4) auf die 55 Sekundärseite des Kopplers übertragen. Dort wird ein Flipflop gesetzt, das den Zustand des Eingangssignals bis zum nächsten Signalübergang speichert.1, the change in the state of the input signal at the input (I) of the non-inverting amplifier (1) is immediately transmitted with a pulse via a pulse transformer (3), (4) to the 55 secondary side of the coupler. A flip-flop is set there, which stores the state of the input signal until the next signal transition.

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 nichtinvertierenden Verstärkers (2) erst nach einer bestimmten Laufzeit an seinem Ausgang auswirkt. Für diese Laufzeit des Signals durch den Verstärker (2) 60 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 -3-The generation of the polarity of the pulses assigned to the direction of the change takes place due to the fact that the change in the state at the input of the non-inverting amplifier (2) has an effect on its output only after a certain running time. For this duration of the signal through the amplifier (2) 60, 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 -3-

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Laufzeit des Eingangssignals durch den Verstärker (2) ab.Runtime of the input signal through the amplifier (2).

Das Flipflop auf der Sekundärseite des Kopplers, das den Zustand des Eingangssignals bis zum nächsten übertragenen Impuls speichert, besteht aus einem nichtinvertierenden Verstärker (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 Eingangsspannung ist gleich dem Maximalwert der Ausgangsspannung des Verstärkers. Befindet sich der Verstärker (5) zum Beispiel im Zustand Ausgangsspannung gleich Minimalwert der Ausgangsspannung (logisch LOW) und wird in der Sekundärspule ein Spannungsimpuls induziert, der die Eingangsspannung so weit erhöht, daß der Verstärker seine Ausgangsspannung vergrößert, so befinden sich der Verstärker bei genügender Dauer des induzierten Spannungsimpulses am Ende des Impulses im anderen stabilen Zustand (Ausgangsspannung gleich Maximalwert der Ausgangsspannung, logisch HIGH). Wird nun ein Spannungsimpuls umgekehrter Polarität übertragen, so wird der Verstärker wieder in den Zustand logisch LOW gesetzt. Somit ist der Zustand auf der Empfängerseite eindeutig der Richtung des Signalüberganges auf der Senderseite zugeordnet.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 output voltage of the amplifier. If, for example, the amplifier (5) is in the output voltage state 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 equals maximum value of the output voltage, logically HIGH). If a voltage pulse of reversed polarity is now transmitted, the amplifier is set to the logic LOW state again. The state on the receiver side is thus clearly assigned to the direction of the signal transition on the transmitter side.

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 Ansteuem eines Leistungstransistors oder bei Regelschaltungen, wo dadurch eine falsche Stellung eines Stellgliedes verursacht werden kann, störend wirken. Dieser Nachteil kann beseitigt werden, wenn die Sekundärseite des Kopplers so ausgebildet wird, daß ein zusätzlicher Eingang vorhanden ist, mit dem das Hipflop in einen definierten Zustand gesetzt werden kann, unabhängig davon, ob die Primärseite des Kopplers arbeitet oder nicht. Eine solche Schaltung ist in Fig. 3 dargestellt. Der Verstärker (5) ist bei dieser Ausführungsform 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 gebildeten Hipflops. Liegt am Eingang (5) 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. 1 besteht hier ebenfalls aus einem UND-Gatter (13) und entnimmt das zu übertragende Signal aus Gründen einer möglichst geringen Laufzeit dem Eingang des Hipflop (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 Eingang (B) zum Ausgang (0). Für Anwendungen, bei denen gefordert wird, daß sich selten ändernde Zustände des 2-wertigen Eingangssignals richtig übertragen werden (zum Beispiel der Zustand eines Türkontaktes in einer sichheitstechnischen 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 übertragen, 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 (Cp) 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 (Cp) übertragen. Wird an den Eingang (Cp) ein periodisches Signal gelegt, so wird der Zustand des Signals am Eingang (D) in periodischen Abständen übertragen. Bleibt der Zustand des Signals am Eingang (D) dabei unverändert, so ändert sich auch der Zustand des Speicher-Hipflops (5) auf der Sekundärseite nicht. Ändert sich der Zustand am Eingang (D), so ändert das Hipflop auf der Sekundärseite bei dem nächsten darauf folgenden signifikanten Signalübergang am Eingang (Cp) an derImmediately after switching on the power supply on the secondary side of the coupler, the position of the memory flip-flop is indefinite. This can have a disruptive effect in some applications, for example when controlling 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 so that there is an additional input with which the hip flop can be set in a defined state, regardless of whether the primary side of the coupler is working or not. Such a circuit is shown in Fig. 3. In this embodiment, 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 hip flop thus formed. If there is a logic LOW signal at input (5), 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. The status at input (R) becomes logic HIGH , the flip-flop (12) stores the logic LOW state until a pulse induced in the secondary winding with the appropriate polarity sets the flip-flop in the logic HIGH state. The amplifier (6) according to FIG. 1 also consists of an AND gate (13) and takes the signal to be transmitted from the input of the hip flop (12) for the sake of the shortest possible transit time. The other input of the AND gate (13) is connected to the reset input (R). This is done in the interest of the shortest possible transit time of the reset signal from input (B) to output (0). For applications in which it is required that rarely changing states of the 2-value input signal are transmitted correctly (for example the state of a door contact in a safety device), so it is not important to change the state as quickly as possible, but the static state of the To transmit signals as securely as possible over a long period of time (possibly days or years), a coupler according to FIG. 2 was provided. In this case, it is not the change in the state of the signal to be transmitted at the input (D), but a signal transition in a specific direction at the input (Cp) that generates pulses whose polarity is assigned to the state of the input signal (D) and which are generated by the pulse transformer (3), (4 ) be transmitted. In contrast to the previously described coupler, it is therefore possible to transmit the state of the input signal, even if this does not change over a longer period of time. If the state of the signal at the input (D) changes, in contrast to the previously described coupler, this change is not transmitted immediately, but only at the next significant signal transition at the input (Cp). If a periodic signal is applied to the input (Cp), the state of the signal at the input (D) is transmitted at periodic intervals. If the state of the signal at input (D) remains unchanged, the state of the memory hip flop (5) on the secondary side does not change. If the state at the input (D) changes, the hip flop on the secondary side changes at the next significant signal transition at the input (Cp) at the next

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 tatsächlichen 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. 1 bleibt der falsche Zustand bis zur nächsten Zustandsänderung des zu übertragenden Signals bestehen.Primary side of the coupler its state according to the state of the signal at the input (D). 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 (e.g. the supply voltage), this incorrect state only lasts until the next significant signal transition at the input (Cp). In the previously described coupler according to FIG. 1, the wrong state remains until the next change in state of the signal to be transmitted.

In Fig. 3 ist ein Beispiel für die Realisierung der logischen Schaltung (7) nach Fig. 2 unter Verwendung von zwei D-Hipflops (8), (9) dargestellt. Die Eingänge (D) der beiden D-Hipflops sind miteinander verbunden. Ebenso sind die Eingänge (Cp) miteinander verbunden. Befindet sich nun der Eingang im Zustand logisch LOW und am Eingang (Cp) findet ein Signalübergang bestimmter Richtung statt, so wird sich am Zustand derFIG. 3 shows an example for the implementation of the logic circuit (7) according to FIG. 2 using two D-hip flops (8), (9). The inputs (D) of the two D hip flops are connected to each other. The inputs (Cp) are also connected to each other. If the input is now in the logic LOW state and a signal transition of a certain direction takes place at the input (Cp), the state of the

Ausgänge des D-Flipflops (8) nichts ändern ((Q) logischLOW, (Q) logisch HIGH). Der Zustand der Ausgänge des D-Flipflops (9) ändert sich jedoch: Der Ausgang (Q) wird logisch HIGH, der Ausgang (Q) wird logisch -4-Outputs of the D flip-flop (8) do not change anything ((Q) 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 -4-

Claims (5)

Nr. 391 959 LOW. Da jedoch der Ausgang (Q) des D-Flipflops (9) mit dem Setzeingang (S) (aktiv LOW) desselben D-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, fiir 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) verstreicht. Für diese Zeit liegen die Enden der Primärwicklung (3) des Impulstransformators 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 Zeitdauer bis sich das D-Flipflop (8) selbst wieder in den Zustand Ausgang (Q) logisch LOW bzw. Ausgang (Q) logisch HIGH zurücksetzt). An der Primärwicklung (3) des Impulstransformators liegt daher wieder ein kurzer Spannungsimpuls, jedoch mit umgekehrter 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 Windungszahlen der Spulen (3), (4) sehr klein zu machen. Ringkeme aus Ferrit mit 6 mm Durchmesser und die Inverterlaufzeit von ca. 3 ns ergeben Windungszahlen von je 4. Um das konstenintensive Wickeln eines Toriodtransformators zu umgehen, kann eine Wicklung gemäß der Fig. 4 verwendet werden, die aus auf einem flexiblen Träger (15) angeordneten Leiterbahnen (14) hergestellt ist, die so angeordnet sind, daß sich nach der Umschlingung des Transformatorkems (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. PATENTANSPRÜCHE 1. Koppler zur potentialgetrennten Übertragung eines zweiwertigen Signales mittels eines Impulstransformators, an dessen Sekundärwicklung des übertragene Signal über eine bistabile Speicherschaltung abnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfang und das Ende der Primärwicklung (3) des Impulstransformators mit verschiedenen Anschlüssen einer Schaltung (1), (2); (7), die durch einen nichtinvertierenden Verstärker (2) gebildet ist, verbunden sind, die an diesen in Abhängigkeit vom an ihrem Eingang ankommenden Signalen zumindest kurzzeitig unterschiedliche Potentiale liefert, wobei der Eingang und der Ausgang des nichtinvertierenden Verstärkers (2) mit der Primärwicklung (3) verbunden sind und der Anfang und das Ende der Sekundärwicklung (4) mit dem Ein- und Ausgang eines nichtinvertierenden Verstärkers (5) verbunden ist, an dem das übertragende Signal abnehmbar ist.No. 391 959 LOW. However, since the output (Q) of the D flip-flop (9) is connected to the set input (S) (active LOW) of the same D flip-flop, the D flip-flop (9) sets itself logically back to the output (Q) state LOW or output (Q) logically HIGH back. 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 are reset ( Q) or (Q) passes. 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). If the input (D) is logically HIGH at the time of the significant signal transition at the input (Cp), the state of the outputs of the D flip-flop (9) does not change and the output (Q) of the D flip-flop (8) becomes logic for a short time HIGH (for the period of time until the D flip-flop (8) resets itself to the output (Q) logic LOW or output (Q) logic HIGH). A short voltage pulse is therefore again present on the primary winding (3) of the pulse transformer, but with the opposite polarity. The polarity of the voltage pulses on the primary winding (3) of the pulse transformer is therefore clearly assigned to the state of the signal at the input (D). The use of very fast logic circuits in silicon gate CMOS technology allows the number of turns of the coils (3), (4) to be made very small. Ring cores made of ferrite with a diameter of 6 mm and the inverter running time of approx. 3 ns result in turns of 4 each. To avoid the costly winding of a toroidal transformer, a winding according to FIG. 4 can be used, which consists of a flexible carrier (15) arranged conductor tracks (14) is produced, which are arranged so that after the loop around the transformer core (16) are connected to form a continuous coil. 4a shows the flexible carrier (15) made of insulating film in the stretched state and in FIG. 4b after the core (16) is wrapped around it. 1. Coupler for the 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, characterized in that the start and end of the primary winding (3) of the pulse transformer with different connections of a circuit (1 ), (2); (7), which is formed by a non-inverting amplifier (2), which supplies at least briefly different potentials thereon depending on the signals arriving at its input, the input and the output of the non-inverting amplifier (2) with the primary winding (3) are connected and the beginning and end of the secondary winding (4) is connected to the input and output of a non-inverting amplifier (5), at which the transmitted signal can be removed. 2. Koppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Primärwicklung (3) verbundene nichtinvertierende Verstärker (2) durch einen logischen Puffer oder zwei kaskadierende Invertoren gebildet ist, deren Eingang gegebenenfalls ein weiterer Verstärker (1) vorgeschaltet ist.2. Coupler according to claim 1, characterized in that the non-inverting amplifier (2) connected to the primary winding (3) is formed by a logic buffer or two cascading inverters, the input of which is optionally preceded by a further amplifier (1). 3. Koppler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal des mit der Sekundärwicklung (4) verbundenen nicht invertierenden Verstärkers (5) über einen weiteren Verstärker (6) abnehmbar ist.3. Coupler according to claim 1 or 2, characterized in that the signal of the non-inverting amplifier (5) connected to the secondary winding (4) is removable via a further amplifier (6). 4. Koppler nach Ansprach 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 periodisches Signal und an deren anderem Eingang (D) das zu übertragende Signal anliegt und deren beide Ausgänge (Oj, O2) 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, wobei die logische Schaltung (7) zwei D-FIip-Flops (8), (9) aufweist, deren eine Eingänge (D) miteinander verbunden und vom zu übertragenden Signal beaufschlagbar sind und deren Takteingänge miteinander und dem vom periodischen Signal beaufschlagten Eingang (Cp) verbunden sind und der Rücksetzeingang (R') des einen D-Flop-Flops (8) mit dessen invertierendem Ausgang (Q') und der eine Setzeingang (S') des anderen D-Flip-Flops (9) mit dessen nichtinvertierendem Ausgang (Q) verbunden ist und die beiden übrigen Ausgänge der beiden D-Flip-Flops (8), (9) mit der Primärwicklung (3) des -5- Nr. 391 959 Impulstransformators verbunden sind und daß der mit der Sekundärwicklung (4) verbundene nichtinvertierende Verstärker und der mit diesem verbundene Verstärker 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 5 Rücksetzeingang (R) für die Sekundärseite des Kopplers bilden, wobei der zweite Anschluß der Sekundärwicklung (3) mit dem Ausgang des einen UND-Gatters (12) verbunden ist und am Ausgang des zweiten UND-Gatters (13) das übertragene Signal abnehmbar ist4. Coupler according spoke 1, characterized in that the circuit (7) connected to the beginning and end of the primary winding (3) has two inputs, at one input (Cp) a periodic signal and at the other input (D) the signal to be transmitted is present and the two outputs (Oj, O2) are in the same logical state in the rest position and, depending on the logical level at the input (D) to which the signal to be transmitted is applied, when a signal transition occurs in a specific direction on the z. B. periodic signal input (Cp) briefly deliver different potentials, the logic circuit (7) having two D-FIip-Flops (8), (9), one of whose inputs (D) connected to each other and acted upon by the signal to be transmitted and the clock inputs of which are connected to one another and to the input (Cp) acted upon by the periodic signal and the reset input (R ') of the one D-flop flop (8) with its inverting output (Q') and the one set input (S ') of the other D flip-flop (9) is connected to its non-inverting output (Q) and the two other outputs of the two D flip-flops (8), (9) with the primary winding (3) of the -5- no. 391 959 pulse transformer and that the non-inverting amplifier connected to the secondary winding (4) and the amplifier connected to this are each formed by an AND gate (12), (13), and the two one inputs of the AND gates (12 , 13) with each other and with egg Nem connection of the secondary winding (4) and the two other inputs of the AND gates (12), (13) are interconnected and form a 5 reset input (R) for the secondary side of the coupler, the second connection of the secondary winding (3) with the output of the one AND gate (12) is connected and at the output of the second AND gate (13) the transmitted signal is removable 5. Koppler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen der 10 Primärwicklung und der Sekundärwicklung des Impulstransformators aus auf einem flexiblen, isolierenden Träger (15) aufgebrachten Leiterbahnen (14) bestehen, die zu einer durchgehenden Spule verbunden sind. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen 155. Coupler according to one of claims 1 to 4, characterized in that the turns of the 10 primary winding and the secondary winding of the pulse transformer consist of on a flexible, insulating carrier (15) applied conductor tracks (14) which are connected to form a continuous coil. Including 2 sheets of drawings 15
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