BE1019784A3 - Meetinrichting voor het meten van een modulatiesignaal op een niet-gepolariseerde bus en busapparaat omvattende een dergelijke meetinrichting. - Google Patents

Description

Meetinrichting voor het meten van een modulatiesignaal op een niet-gepolariseerde bus en busapparaat omvattende een dergelijke meetinrichting

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het meten van een modulatiesignaal dat gemoduleerd is op een voedingssignaal op een niet-gepolariseerde bus die bedoeld is om verbonden te worden met een gelijkrichterschakeling van een busapparaat. De uitvinding betreft verder een busapparaat dat een dergelijke inrichting omvat.

In de busapparaten van de stand van de techniek welke bedoeld zijn om aangesloten te worden op een niet-gepolariseerde bus, wordt de modulatiepuls typisch na de gelijkrichterschakeling gemeten. In dit geval dient een meetschakeling met een vrij lage ingangsimpedantie gebruikt te worden om het modulatiesignaal accuraat te kunnen meten. Hierdoor zal het vermogen dat nodig is voor de meting vrij hoog zijn en zal het aantal apparaten dat gekoppeld kan worden met de bus beperkt zijn.

Onder de term "busapparaat" valt elk apparaat of toestel, zoals een lichtschakelaar, een stopcontact, dinrailmodule enz. dat koppelbaar is met een niet-gepolariseerde bus. Meer in het bijzonder gaat het om een busapparaat dat koppelbaar is aan de bus van een automatisering of domoticasysteem in een gebouw zoals een woning of een industriegebouw.

De onderhavige uitvinding heeft als doel een meetinrichting van het in de aanhef genoemde type te verschaffen die weinig verbruikt en compact is en die in het bijzonder toelaat om een groot aantal businrichtingen aan te sluiten op eenzelfde niet-gepolariseerde bus zonder dat ingeboet moet worden op het vlak van modulatiesignaalintegriteit.

Daartoe onderscheidt de inrichting volgens de uitvinding zich daarin dat de inrichting een differentiator, een instelspanningsschakeling en een comparator omvat. De differentiator is ingericht voor het differentiëren van het met het modulatiesignaal gemoduleerde voedingssignaal om zo een flank van het modulatiesignaal te detecteren. De differentiator is dus bedoeld om rechtstreeks verbonden te worden met de bus, vóór de gelijkrichterschakeling van het busapparaat. De instelspanningsschakeling is ingericht voor het verschaffen van een instelspanning. De comparator is zodanig gekoppeld met de differentiator en de instelspanningsschakeling dat een uitgangssignaal wordt verkregen dat representatief is voor het modulatiesignaal en geschikt is voor verdere verwerking door bijvoorbeeld een microcontroller. Bij voorkeur zijn de differentiator en de instelspanningsschakeling zodanig verbonden met de comparator, dat de spanning bij de ingang van de comparator - in het geval dat geen modulatiesignaal gemoduleerd is op het voedingssignaal, een door de instelspanningsschakeling bepaalde spanning is; en - in het geval dat een modulatiesignaal gemoduleerd is op het voedingssignaal, een door de differentiator bepaalt spanningsverloop vertoont.

Het gebruik van een meetinrichting met een differentiator die bedoeld is voor het differentiëren van het met het modulatiesignaal gemoduleerde voedingssignaal op de niet-gepolariseerde bus, en die dus bedoeld is om rechtstreeks verbonden te worden met de bus, vóór de gelijkrichterschakeling, heeft het voordeel dat de meetinrichting als een laagvermogensschakeling uitgevoerd kan worden. Door enerzijds een instelschakeling en anderzijds een differentiator te gebruiken, kan de gevoeligheid van de meting eenvoudig ingesteld worden door een gepaste waarde te kiezen voor de instelspanning.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm heeft de differentiator een hoge impedantie, bij voorkeur groter dan 10 kQ, en nog meer bij voorkeur groter dan 100 kQ. De differentiator is bijvoorbeeld een hoogdoorlaatfilter. Nog meer bij voorkeur is de differentiator een schakeling die symmetrisch is ten opzichte van de draden van de bus. Door deze symmetrie en door het voorzien van een instelspanningsschakeling kan een hoge CMR (Common Mode Rejeetion) verkregen worden voor storingen tussen de primaire en de secundaire, dit wil zeggen tussen de ingang van de gelijkrichterschakeling en de uitgang van de gelijkrichterschakeling.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm omvat de inrichting verder een polariteitsdetectieschakeling die ingericht is voor het detecteren van de polariteit van het voedingssignaal op de niet-gepolariseerde bus en voor het verschaffen van een detectiesignaal. De spanningsinstelschakeling is dan bij voorkeur ingericht om de polariteit van de instelspanning in te stellen in functie van het detectiesignaal. De polariteitsdetectieschakeling kan rechtstreeks gekoppeld zijn met de spanningsinstelschakeling of kan via een microcontroller verbonden zijn met de spanningsinstelschakeling. Op die manier zal men onafhankelijk van de polariteit van het voedingssignaal op de bus dezelfde flank kunnen detecteren met de comparator. Dit wordt schematisch geïllustreerd in de figuren 2A en 2B, zie verder.

Volgens een bijzonder voordelige uitvoering is de differentiator een hoogdoorlaatfilter dat een RC-schakeling omvat met - een eerste serieschakeling van een condensator en ten minste één weerstand, welke eerste serieschakeling aan een einde verbonden is met een eerste draad van de bus en aan een ander einde met een eerste ingang van de comparator; en - een tweede serieschakeling van een condensator en ten minste één weerstand, welke tweede serieschakeling aan een einde verbonden is met een tweede draad van de bus en aan een ander einde met een tweede ingang van de comparator.

Op die manier wordt een eenvoudige, goedkope schakeling verkregen die symmetrisch uitgevoerd kan worden. Het zij opgemerkt dat de differentiator niet noodzakelijk symmetrisch moet zijn en dat niet symmetrische schakelingen tevens binnen het kader van de uitvinding vallen.

Volgens een verder ontwikkelde uitvoeringsvorm heeft de spanningsinstelschakeling een eerste uitgang en een tweede uitgang waartussen de instelspanning wordt geleverd en is de eerste uitgang door middel van een eerste weerstand verbonden met de eerste ingang van de comparator en door middel van een tweede weerstand met een tweede ingang van de comparator. Op die manier kan een spanningsdeler worden verkregen die ervoor zal zorgen dat de amplitude van een puls op de bus omgezet wordt in een puls met een kleinere amplitude tussen de eerste en de tweede ingang van de comparator.

De onderhavige uitvinding heeft verder betrekking op een busapparaat waarin een uitvoeringsvorm van een meetinrichting zoals hierboven beschreven is opgenomen. Het busapparaat omvat verder een gelijkrichterschakeling met een eerste en een tweede ingang die respectievelijk verbonden zijn met een eerste en een tweede draad van de niet-gepolariseerde bus, waarbij de differentiator tevens verbonden is met de eerste en de tweede draad van de bus.

Volgens een voordelige uitvoering omvat het busapparaat verder een microcontroller voor het verwerken van het uitgangssignaal.

Volgens een verder ontwikkelde uitvoeringsvorm omvat het busapparaat verder een modulatieschakeling die ingericht is voor het superponeren van een te versturen modulatiesignaal op de bus. De microcontroller kan dan tevens ingericht zijn voor het aansturen van de modulatieschakeling.

Verder omvat het busapparaat typisch een voedingsontkoppelaar die ingericht is voor het leveren van een ontkoppeld voedingssignaal voor het voeden van diverse componenten van het busapparaat.

De onderhavige uitvinding zal nader toegelicht worden aan de hand van een aantal geenszins beperkende uitvoeringsvoorbeelden van een inrichting en een busapparaat volgens de uitvinding met verwijzing naar de tekening in bijlage. De tekening toont in:

Figuur 1 een blokschema van een eerste uitvoeringsvorm van een busapparaat volgens de uitvinding;

Figuur 2A schematisch het spanningsverloop bij de ingangen A, B van het busapparaat, bij de ingangen C, D van de comparator, en bij de uitgang van de comparator, voor het busapparataat van figuur 1, in het geval dat de spanning A groter is dan de spanning B (polariteit 1);

Figuur 2B schematisch het spanningsverloop bij de ingangen A, B van het busapparaat, bij de ingangen C, D van de comparator, en bij de uitgang van de comparator, voor het busapparataat van figuur 1, in het geval dat de spanning B groter is dan de spanning A (polariteit 2);

Figuur 2C schematisch het spanningsverloop bij de ingangen A, B van het busapparaat, bij de ingangen C, D van de comparator, en bij de uitgang van de comparator, voor het busapparataat van figuur 1, in het geval dat de spanning B groter is dan de spanning A (polariteit 2) en dat er geen polariteitsdetectie wordt uitgevoerd;

Figuur 1 illustreert schematisch een uitvoeringsvorm van een busapparaat 100 volgens de uitvinding. Het busapparaat 100 omvat een ontvangstschakeling 110. Deze ontvangstschakeling 110 is bedoeld voor het meten van een modulatiesignaal dat gemoduleerd is op een voedingssignaal op een niet-gepolariseerde bus 121, 122. De niet-gepolariseerde bus is een 2-draadsbus met een eerste elektrische draad 121 en een tweede elektrische draad 122. Een eerste ingang 111 van de ontvangstschakeling 110 is verbonden met een eerste draad 121 en een tweede ingang 112 is verbonden met de tweede draad 122 van de bus. Een ingangssignaal Vin (A-B) wordt gevormd door een voedingssignaal waarop een modulatiesignaal gesuperponeerd is.

Als voorbeeld zal nu een voedingssignaal en pulsmodulatietechniek beschreven worden ter illustratie van de uitvinding. De vakman zal echter begrijpen dat de grootte van het spanningsvoedingssignaal kan verschillen en dat verschillende busmodulatietechnieken bestaan waarop de uitvinding even goed toepasbaar is. De 2-draadsbus wordt gevoed door een DC voeding in serie met een spoel bijvoorbeeld een DC spanning tussen 15V en 50V. Voor het moduleren van de busspanning wordt de busspanning gedurende korte tijd omlaag getrokken. De data die men wenst te moduleren wordt gecodeerd als een sequentie van pulsen. De tijd tussen opeenvolgende pulsen bevat de eigenlijke informatie.

Figuur 2A illustreert schematisch een bussignaal bestaande uit een voedingssignaal van 26V waarop een puls gesuperponeerd is, voor een eerste polariteit, zie de signalen A en B. Figuur 2B illustreert een gelijkaardig bussignaal voor een tweede polariteit, i.e. in plaats van het spanningssignaal A bestaat het spanningssignaal B uit een voedingssignaal waarop de puls gemoduleerd is.

Het ingangssignaal Vin wordt gedifferentieerd met behulp van een aangepaste differentiator 113 voor het detecteren van een flank van het modulatiesignaal. Zoals hierna zal worden toegelicht kan binnen het kader van de uitvinding geopteerd worden om enkel een dalende flank te detecteren, om enkel een stijgende flank te detecteren, of om zowel dalende als stijgende flanken te detecteren. Deze keuze zal typisch afhankelijk zijn van de scherpte of nauwkeurigheid waarmee een dalende of stijgende flank gedefinieerd is en/of van de gebruikte modulatietechniek.

Een instelspanningschakeling 114 verschaft een bepaalde instelspanning Vbias. De instelspanningschakeling is zodanig verbonden met de comparator 115, dat de instelspanning Vbias de spanning tussen de ingangsklemmen 117 en 118 van de comparator bepaalt wanneer geen flank gedetecteerd wordt door de differentiator.

In de geïllustreerde uitvoeringsvorm is de differentiator 113 een passief hoogdoorlaatfilter met twee RC-schakelingen. Een eerste RC-schakeling bestaat uit een condensator Cl in serie met een weerstand R1 en een weerstand R2. Deze eerste serieschakeling is geschakeld tussen een eerste ingangsklem 111 van de ontvangstschakeling en een uitgang 130 van de spanningsinstelschakeling 114. Op analoge wijze is de tweede ingang 112 van de ontvangstschakeling via een serieschakeling van een condensator Cl en twee weerstanden RI, R2 verbonden met de tweede uitgang 131 van de spanningsinstelschakeling. Zolang het ingangssignaal Vin geen flanken vertoont, zal door de weerstanden RI en R2 geen stroom lopen en wordt bijgevolg de instelspanning Vbias aangelegd over de ingangsklemmen 117, 118 van de comparator 115. Bij het detecteren van een dalende of een stijgende flank zal er stroom lopen doorheen de weerstanden RI en R2 en zal de spanning tussen de ingangsklemmen 117, 118 wij zigen.

Het spanningsverloop bij de ingangen C en D van de comparator en bij de uitgang van de comparator is getoond in figuur 2A. Als gevolg van de differentiator zal de spanning bij de ingang C van de comparator gelijk zijn aan de spanning bij de uitgang 130 van de spanningsinstelschakeling zolang het spanningssignaal A constant is. Bij het optreden van een dalende flank, zakt de spanning C als gevolg van de aanwezigheid van de capaciteit Ci tevens omlaag, waarbij de verhouding tussen de spanningsdip op de bus (Vdipbus) en de spanningsdip bij de ingang van de comparator bij benadering bepaald wordt door de spanningsdeler Ri, R2 : V CD — Vdipbus * R2/Ri (Ri + R2) . Op analoge wijze zal de spanning C een stijgende flank vertonen op het ogenblik dat het bussignaal A een stijgende flank vertoont.

Al naargelang de gebruikte modulatietechnieken, zal men typisch één bepaalde flank willen detecteren, veelal de dalende flank omdat dit vaak de "netste" flank is. Daartoe is een polariteitsdetectieschakeling 116 voorzien welke ingericht is om te detecteren welke draad 121, 122 het meest positief is. De polariteitsdetectieschakeling 116 is via een koppeling 132 verbonden met de spanningsinstelschakeling voor het verschaffen van een detectiesignaal. De spanningsinstelschakeling kan dan een instelspanning Vbias verschaffen in functie van het detectiesignaal. Meer bepaald zal de polariteit van de instelspanning Vbias gewij zigd worden wanneer de door de polariteitsdetectieschakeling 116 gedetecteerde polariteit veranderd. Verder laat de spanningsinstelschakeling toe om de gevoeligheid van de ontvangstschakeling in te stellen door de grootte van de instelspanning Vbias te wijzigen. Merk op dat de koppeling tussen de polariteitsdetectieschakeling 116 en de spanningsinstelschakeling 114 ook onrechtstreeks kan gebeuren via een microcontroller 170, zie koppeling 132'.

De comparator 115 zet de typisch kleine spanning tussen de ingangsklemmen 117, 118 om in een uitgangssignaal bij uitgang 133 dat compatibel is met een microcontroller 170 van het busapparaat. Zoals geïllustreerd in het voorbeeld van figuur 2A kan de comparator ingericht zijn om enkel de dalende flank te detecteren. Figuur 2B illustreert het spanningsverloop voor een tweede polariteit op de bus, waarbij de spanning B groter is dan de spanning A. In dit geval zal de polariteitsdetectieschakeling de gewijzigde polariteit detecteren en ervoor zorgen dat de polariteit van de spanninginstelschakeling wijzigt. Als gevolg van deze wijziging is de spanning D nu hoger dan de spanning C wanneer er geen modulatiesignaal aanwezig is. Op die manier zorgt men ervoor dat de comparator ook bij een gewijzigde polariteit op de bus de dalende flank detecteert. Op die manier kan men dus onafhankelijk van de polariteit de dalende flank detecteren, hetgeen met name voordelig is wanneer enkel de dalende flank een "nette" flank is, zie ook de vorige paragraaf. Figuur 2C illustreert een andere mogelijke uitvoeringsvorm waarin de polariteitsdetectieschakeling van figuur 1 is weggelaten. Voor het geval van de gewijzigde polariteit op de bus, zal in dit geval de comparator niet de dalende flank detecteren maar wel de stijgende flank. In een uitvoering waar zowel de dalende als de stijgende flank voldoende scherp gedefinieerd zijn, kan het systeem van de uitvinding dus tevens functioneren zonder de polariteitsdetectieschakeling.

De microcontroller 170 verwerkt het uitgangssignaal en kan in functie van het verwerkte uitgangssignaal de nodige componenten van het busapparaat aansturen. Daarnaast zal de microcontroller 170 typisch verantwoordelijk zijn voor het samenstellen van te verzenden modulatiesignalen en voor het controleren van een aantal niet-bus gerelateerde functies zoals een user interface of een functie voor het meten van de temperatuur.

Verder zal het busapparaat 100 typisch een modulatieschakeling 180 omvatten. De modulâtieschakeling is ingericht om een te verzenden modulatiesignaal te superponeren op het voedingssignaal op de bus. Dit modulatiesignaal is samengesteld door de microcontroller 170. Merk op dat de uitgangen 181, 182 van de modulatieschakeling 180 zowel vóór als achter de gelijkrichterschakeling verbonden kunnen zijn met de bus. Volgens een mogelijke uitvoeringsvorm omvat de modulatieschakeling 180 een stroomgelimiteerde spanningsbron.

De gelijkrichterschakeling 160 is ingericht om het ingangssignaal Vin gelijk te richten voor het verschaffen van een gelijkgericht signaal Vrec· Dit gelijkgericht signaal Vrec wordt aangeboden aan een voedingsontkoppelaar die ingericht is om vermogen te extraheren uit de 2-draadsbus 121, 122 zonder dat het daarop gesuperponeerd datasignaal verstoord wordt. Op die manier wordt in het busapparaat 100 een stabiele constante spanning verschaft die gebruikt kan worden voor het voeden van diverse componenten van het busapparaat zoals bijvoorbeeld de microcontroller 170. De voedingsontkoppelaar 190 is verder bedoeld om de stroom die door het busapparaat 100 getrokken wordt uit de 2-draadsbus 121, 122 in hoofdzaak constant te houden wanneer de bus gemoduleerd wordt. Dit is met name van belang wanneer een groot aantal inrichtingen verbonden is met de bus en wanneer de modulatiestroom kleiner is dan de totale stroom die gebruikt wordt door de busapparaten. De voedingsontkoppelaar kan bijvoorbeeld ingericht zijn als een lineaire regelaar met een lage capacitieve ingangsschakeling. Het voordeel daarvan is dat een dergelijke ontkoppelaar opgebouwd kan worden uit discrete componenten, eenvoudig is en goedkoop is. Een dergelijke oplossing kan bijvoorbeeld gebruikt worden voor vermogensbusapparaten, zoals wandschakelaars. Volgens een andere mogelijkheid kan een parallelle regelaar gebruikt worden welke geschikt is voor hoogvermogenstoepassingen.

Nu zal de dimensionering van de componenten van de differentiator 113 en van de spanningsinstelschakeling 114 nader toegelicht worden. In een DC-situatie is het spanningsverschil VCD gelijk aan Vbias. In een AC-situatie waarin zich een spanningsdip Vdipbus voordoet op de bus, is de spanning VCD gelijk aan VdipBus*R2/(R1+R2) . Om de belasting op de bus zo laag mogelijk te houden, zowel qua DC-stroom als qua capacitieve belasting, geniet het de voorkeur om Cl relatief laag te houden en R1 relatief groot te houden, bijvoorbeeld Cl tussen lOpF en 200pF en R1 tussen 100K en 1M.

Verder is de tijdsconstante van de differentiator, welke ongeveer gelijk is aan R1*C1 in het geval dat R2 aanzienlijk kleiner is dan Rl, bij voorkeur aangepast aan de bus communicatiesnelheid en maximale lengte van busbekabeling.

Voor de hierboven geïllustreerde modulatietechniek kan de tijdsconstante bijvoorbeeld liggen tussen 5 ßsec en 30 ßsec. Op basis van de waarde die men kiest voor Cl kan dan een geschikte waarde voor R1 gekozen worden. Verder zullen de specificaties van de comparator typisch de maximale ingangsspanning aan de klemmen van de comparator bepalen. Al naargelang de specificaties van de comparator en de grootste modulatiediepte, kan men een geschikte waarde voor de weerstand R2 berekenen.

Het DC-spanningsverschil Vbias wordt dan zo bepaald dat de gewenste gevoeligheid van de ontvangsschakeling bereikt wordt.

De comparatorschakeling 115 is bijvoorbeeld een klassieke comparatorschakeling en zal bijgevolg niet nader worden toegelicht.

De vakman zal begrijpen dat vele modificaties en aanvullingen denkbaar zijn binnen het kader van de onderhavige uitvinding dat geenszins beperkt wordt door de hierboven gegeven uitvoeringsvoorbeelden. De beschermingsomvang wordt enkel bepaald door de hiernavolgende conclusies.

Claims (13)

1. Inrichting voor het meten van een modulatiesignaal dat gemoduleerd is op een voedingssignaal op een niet gepolariseerde bus die bedoeld is om verbonden te worden met een gelijkrichterschakeling van een busapparaat, omvattende: - een differentiator voor het differentiëren van het met het modulatiesignaal gemoduleerde voedingssignaal, welke differentiator ingericht is voor het detecteren van een flank van het modulatiesignaal; - een spanningsinstelschakeling voor het verschaffen van een instelspanning; - een comparator die zodanig gekoppeld is met de differentiator en de spanningsinstelschakeling dat een uitgangssignaal wordt verkregen dat representatief is voor het modulatiesignaal.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de differentiator en de spanningsinstelschakeling zodanig verbonden zijn met de comparator, dat de spanning bij de ingang van de comparator - in het geval dat geen modulatiesignaal gemoduleerd is op het voedingssignaal, een door de spanningsinstelschakeling bepaalde spanning is; en - in het geval dat een modulatiesignaal gemoduleerd is op het voedingssignaal, een door de differentiator bepaald spanningsverloop vertoont.

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de differentiator een hoge impedantie heeft, en in het bijzonder een hoogdoorlaatfilter is.

4. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de differentiator een symmetrische schakeling is.

5. Inrichting volgens conclusie 1 tot 3, met het kenmerk, dat de inrichting verder een polariteitsdetectieschakeling omvat die ingericht is voor het detecteren van de polariteit van het voedingssignaal op de niet gepolariseerde bus en voor het verschaffen van een detectiesignaal aan de spanningsinstelschakeling.

6. Inrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de spanningsinstelschakeling ingericht is om de polariteit van de instelspanning in te stellen in functie van het detectiesignaal.

7. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de bus een 2-draadsbus is met een eerste en een tweede draad, en de comparator een eerste en een tweede ingang heeft, met het kenmerk, dat de differentiator een RC schakeling omvat met - een eerste serieschakeling van een condensator en ten minste één weerstand, welke eerste serieschakeling aan een einde verbonden is met de eerste draad en aan een ander einde met de eerste ingang van de comparator; en - een tweede serieschakeling van een condensator en ten minste één weerstand, welke tweede serieschakeling aan een einde verbonden is met de tweede draad en aan een ander einde met de tweede ingang van de comparator.

8. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de comparator een eerste en een tweede ingang heeft waartussen een serieschakeling van de spanningsinstelschakeling en ten minste één weerstand is voorzien.

9. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de spanningsinstelschakeling een eerste uitgang en een tweede uitgang heeft waartussen de instelspanning wordt geleverd en dat de eerste uitgang door middel van een eerste weerstand verbonden is met de eerste ingang van de comparator en door middel van een tweede weerstand met een tweede ingang van de comparator.

10. Busapparaat omvattende een inrichting volgens één der voorgaande conclusies en een gelijkrichterschakeling met een eerste en een tweede ingang die respectievelijk verbonden zijn met een eerste en tweede draad van de niet gepolariseerde bus, waarbij de differentiator tevens verbonden is met de eerste en de tweede draad.

11. Busapparaat volgens conclusie 10, verder omvattende een microcontroller voor het verwerken van het uitgangssignaal.

12. Busapparaat volgens conclusie 10 of 11, verder omvattende een modulatieschakeling ingericht voor het superponeren van een te versturen modulatiesignaal op de bus.

13. Busapparaat volgens één der conclusies 10 tot 12, verder omvattende een voedingsontkoppelaar ingericht voor het leveren van een ontkoppeld voedingssignaal voor het voeden van diverse componenten van het busapparaat.