CN101002507A - 用于传输数字信号的接口电路 - Google Patents

Abstract

一种接口电路(1)的传输支路(6)具有变压器。在输入端，例如从控制器将高频脉冲施加到所述变压器。所述变压器的输出端控制诸如例如功率晶体管的开关(2)，其将所需要的数字信号调制到所连接的总线线路上。

Description

用于传输数字信号的接口电路

技术领域

本发明涉及接口，该接口举例来说可用于连接用于操纵照明设备的操作装置。

背景技术

在用于大型综合建筑或建筑物照明的照明系统中，分散分布而排列的多个照明设备由中央控制单元控制，由于可用功能的多样性，此类照明系统要求可以进行广泛和可靠的数据交换。同时，与采用完全公知的从中央控制单元向各个照明设备传送打开和关闭指令的早期的照明系统相比，现在流行的照明系统提供了从照明设备向中央控制单元传递数据的可能性，从而传送了例如针对当前运行状态的信息以及错误信息。为这种照明系统的运行所提供的照明设备或者灯具操纵装置相应地具有通讯接口，该通讯接口设置成不仅用于数据接收，而且其本身也能够在总线线路系统上发送信息。

近来，最新开发出的照明系统或灯具操纵装置主要根据所谓的DALI标准来工作。这种DALI(数字可寻址照明接口)标准是新式的简单且对用户友好的接口，其用于实现智能的和实用的灯管理系统。

DALI标准的实质性特征是，控制指令和信息以数字方式传递，并且该系统的各装置相应地具有双向数字接口。

在传送用于灯控制的数字控制信号的过程中，需要将由接口实现的比特长度和侧沿扩展(斜率)保持处于特定范围中。例如，根据DALI标准，与理想的416微秒的比特长度相比，允许具有的公差范围仅仅为±10％。然而，因为正在使用的接口通常构建得尽可能地经济，具体而言，负责实现比特长度的传送支路被配置得相当复杂，因此较之接收时间，传输支路更易受到元件公差的影响，这产生了很难满足上述要求的问题。特别地，部件的温度效应和不可耐性可导致更糟的情况，使得由接口的传输支路实现的比特长度处于所允许的范围之外，这将阻碍数据交换。

类似的问题也出现在非数字双向接口中，采用非数字双向接口，通过传输支路分配的信号也必须同样满足特定要求，而由于上文所提到的节省成本的需求，使得仅仅实现这种要求是具有难度的。

发明内容

本发明相应地基于如下任务，即，提出一种接口电路，其传输支路具有数字信号的侧沿的改进特性。

根据本发明，该目的通过独立权利要求的特征得以实现。从属权利要求进一步以特别有益的方式拓展了本发明的核心概念。

根据本发明的第一方面，提供了一种接口电路，其至少具有一个传输支路，所述传输支路用于将数字信号从用于照明设备的操作装置传输到所连接的总线。在传输支路中的传输借助于变压器来执行。

信号可以在输入端施加到变压器，该信号与数字信号的比特长度相比为高频。

因此，总线上数字信号的比特长度可以对应于如下时期，在该时期内，所述变压器采用高频信号在输入端进行控制。

所述变压器的次级端可以控制开关，该开关将所述数字信号调制到总线上。

所述开关可以是晶体管。

所述开关的切换过程的侧沿斜率是可选的。

例如，通过对连接于所述开关上游的滤波器电路的参数的相应选择，使得所述切换过程的侧沿斜率是可选的。

例如，所述滤波器电路可以为低通电路。

上升侧沿和下降侧沿可彼此独立地调节。

变压器可以在输入端由控制器控制，该控制器例如是用于照明设备的操作装置的一部分。

所述电路被配置为双向接口，并相应地还具有接收支路。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于照明元件的操作装置，其具有根据上文所述种类的电路。

最后，本发明还涉及一种用于将信号从控制装置传输至所连接的数字总线的方法。变压器的初级端因此受到控制装置的控制。变压器的次级端控制开关，该开关将数字信号调制到所述总线上。因此，所述开关的切换过程表示比特信号的侧沿。

附图说明

下面将参照附图更为具体地解释本发明。所示附图如下：

图1示意性地示出了根据本发明的双向接口的结构；

图2为根据本发明的双向接口的一种可能配置；和

图3a和图3b为将本发明应用到DALI工业标准时的传输过程。

具体实施方式

首先，图1大体示出了被配置用于通过总线线路系统2的两条线路来接收和传输数据的双向接口1的结构。所述接口1的结构基本符合双向接口的经典结构，这是因为根据本发明的上文中所提及的方法根本上属于软件相关领域，并且不需要使用附加的硬件部分。

接口1的部件相应地为负责数据接收和数据传输的控制器3，并且与将通过输出线路4受到控制的装置相连接。在本示例性实施例的情况中，假定被控制的装置为用于操纵照明设备的装置，特别是用于以气体放电灯、LED或卤素照明设备为例的灯具。电子镇流器(EVG)优选地用于气体放电灯。

另一方面，双向接口另外的元件是接收支路5，其负责接收总线线路2上的信息，并通过用于电去耦的第一元件7连接到控制器3。为了从控制器3向总线线路2传输信息，进一步设置了传输支路6，其通过另一个用于电去耦的元件8连接到控制器3。

图2示出了传输支路和接收支路以及用于电去耦的元件的一种可能配置。图2所示电路的特有的特征在于，通过变压器来实现传输支路的控制，这不同于迄今为止通常的通过光耦合装置的双向接口的情况。如下文更为详细解释，这种配置带来了关于数据传输的可能性的特别优势。必须指出的是，本发明并非意于限制在如图2具体所示的双向接口。

图2所示的接口是数字双向接口，其通过两个接线夹10连接到总线线路系统的两条总线线路，并且所述数字双向接口在输入侧首先具有由电感器L1、电容器C1以及压敏电阻VDR组成的衰减网络。这种网络的功能在于衰减产生于总线线路上的瞬变量；即，非常短小、快速和强烈的电压和电流变化。要求这种功能的原因在于，接口还可连接到常规电源电压线路，并应该具有达到1000伏特的介电强度。

由四个二极管D1到D4组成的整流器紧跟所述衰减网络，该整流器的功能大体上是传递以相同方式施加于两个端子接线夹10的信号，从而使两个接线夹10到总线线路系统的线路的连接可以以任何所希望的方式实现。

随后，接口的接收支路5具有由两个晶体管Q1和Q2以及两个电阻R1和R2组成的电路结构，该电路结构的任务是将向光耦合装置Q3传递的接收信号的电流强度限制为至多2mA的值。这符合根据DALI标准的规格。通过二极管Z1，信号接着相应地传递到光耦合装置Q3，该光耦合装置Q3用作用于电去耦的元件，并且信号最终通过由电容器C2和电阻器R3组成的并联电路将该信号传递到两个输出端子11，其中输出端子1 1将接口的接收支路连接到所述控制器。

为了在总线线路上传输信号，到目前为止，采用的是传统的接口，也提供了光耦合装置，由于所谓的电流传输比(CRT)的极度的温度漂移，仅仅具有该光耦合装置并不足以适用于针对预定的比特时间所需的公差限制。光耦合装置的另一个问题在于如下事实，即，它具有的过电压强度太低。

在图2所示的电路结构的情况中，现在存在的变压器相应地用作用于电去耦的元件，该变压器控制用于在端子接线夹10处产生数字信号的开关12。所采用的变压器的优点在于，该变压器可以传递用于控制开关12的能量，并且该能量不必从接口提取。

由于这种独特的配置，总线信号的侧沿的上升时间和下降时间可以实质上彼此独立地设置。这带来的结果是，明确地改进了由此获得的信号质量，这和比特时间的公差和侧沿的均匀度均有关系。

接着，如下描述实现在端子接线夹10处的数字信号的产生：

为了产生比特信号，变压器采用高频进行控制，更为精确地说，所采用的频率近似对应于所希望的比特时间的100倍。换句话说，在单个比特的传输时间期间，在变压器的初级绕组处实现有近似100倍的电压变化，其被传递到次级绕组。

施加于变压器的次级绕组处的高频交流电压产生的结果是，开关12上游的二阶低通13被充电，这接着导致如下情况，即，可能是场效应晶体管的开关12被切换到导通状态，并且相应地产生了比特信号。

二阶低通13连接到低通放电电路14，后者持续设法再次对二阶低通13放电。只要变压器受高频控制，这种情况被两个二极管D5和D6阻止。只有在高频信号不再施加于变压器的初级端上时，低通放电电路14才可以对二阶低通13进行放电，直到开关12由此而再次打开，并且相应地针对比特信号的结束而产生上升信号侧沿。

参照图3a和图3b的信号扩展，现在将更为具体地解释根据本发明对数字比特的传送。图3a进而示出了图3b的中间区域的放大细节。

因此假定采用了DALI标准，采用该标准，逻辑信息“1”对应于零电平。进而，将在下文中解释这种“1”的传输。

观察曲线16，其示出了高频脉冲，例如通过操作装置的控制器将这些脉冲施加到变压器的输入端。脉冲占空比因此可以例如为400微秒/400微秒。

观察曲线17，其代表的是控制二阶低通13向低通放电电路14放电的电压。

观察曲线18，其示出了开关12的控制电压(例如在FET晶体管情况下的栅极电压)。

最后，观察曲线19，其示出了被调制到总线上的电压。在左边区域中的总线信号19处可观察到下降侧沿(转换成低电压电平)。这种下降侧沿在如下情况中被触发，即，超出开关12的栅极电压的阈值，并且进而打开该开关。只要高频信号16现在被施加于变压器处的输入端上，开关12的栅极就会被持续充电，从而使得在变压器的输入端处施加高频脉冲16的这种时间周期限定了比特的时期，即，计时时期。

当现在这些高频脉冲16不再施加到变压器时，在经过由控制器所确定的时期之后，电压17增大，并且低通放电电路14最终被驱动。通过这种方式，现在开关12的栅极电压被减小。一旦针对开关12栅极电压的阈值再次未达到，开关12再次关闭，并且在总线信号19出现上升侧沿。

通过对与开关12协同工作的低通电路13以及低通放电电路14的参数进行选择，基本上调节了侧沿的扩展。

进一步，本发明具有的优点导致了如下效果，即，本发明适合于不同的协议定义，这将在下文中进行详细描述。

现在还存在其它标准，采用该标准，通过范围例如为0.8mA到2mA的电流，在例如为小于5伏特的降低的总线电压的情况下，实现了误差报告。

采用公知的电路，通过对所附带的总线进行暂时短路，实现了这种电流，其缺点在于，由于所产生的短路，如果在一个总线用户的误差消息的时间点处协议应该被传送到其它总线用户，总线上就产生了冲突。

在所连接的总线控制器提供例如4-5伏特的电压的情况下，本发明避免了出于误差消息意图的这种总线的短路。采用如下方式实现了该目标，即，桥接了接口的接收器部分，具体而言也就是说，桥接了光耦合装置Q3和Z二极管Z1。出于此目的，在以下的情况中，在输入端控制变压器，这样，虽然开关12还未被切换导通(这将意味着“传输”)，然而次级端电压足够控制双极开关15，从而桥接了例如光耦合器件。

根据所提到的限定，首先，下降至零的侧沿因此代表了开始传输比特，同时，在另外的情况中，下降至不等于零的低电流电平这种下降用作误差消息，不过其它器件仍然可以在总线上传送，因为正如常规的接收情况，只画出了2mA的最大电流。不过，这并不影响总线的高电平。

将要实现的是受开关12控制的传输，还是受开关15控制的误差消息，这种辨别通过二阶低通13与变压器不同的输入端控制信号的协同工作得以实现。这种辨别具体而言可以通过输入端信号不同的脉冲/中断比率实现。

举例而言，在比率为400微秒开启、400微秒关闭的情况下，可以选择受开关控制的传输。举例而言，可以在如下比率的情况下选择受开关15单独控制的误差消息，即，所选择的“开启”时期基本较短，并且所选择的占空比相当低，这种情况进而足以打开开关15。

因此，在此提供了一种鉴别电路，该鉴别电路的放大器也完全被视为具有如下特点的一部分，即，该部分辨别施加到所述输入端上的控制信号，是在所述总线上经所述传输支路可选地通过闭合第一开关来实现下降侧沿，还是可选地通过闭合第二开关来实现所述传输支路的桥接。因此，变压器仅为一种实现可能；其它无源模拟鉴别电路也是可选的。低通电路也是相同的情况，这种方案同样仅仅代表一种可选方案。

Claims (22)

1、一种接口电路，其至少具有传输支路，所述传输支路用于将数字信号从用于照明设备的操作装置传输到所连接的总线，

其中，所述传输借助于变压器来实现。

2、根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述变压器在输入端由与所述数字信号的比特长度相比为高频的信号来控制。

3、根据权利要求1或2所述的电路，其特征在于，所述总线上的数字信号的比特长度对应如下时期，在该时期内，与所述比特长度相比为高频的信号在所述输入端施加到所述变压器。

4、根据之前任意一项权利要求所述的电路，其特征在于，所述变压器的次级端控制将所述数字信号调制到所述总线上的开关。

5、根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述开关为晶体管。

6、根据权利要求4或5所述的电路，其特征在于，所述开关的切换过程的侧沿斜率是可选的。

7、根据权利要求6所述的电路，其特征在于，通过对滤波器电路参数的相应选择使得所述切换过程的侧沿斜率是可选的。

8、根据权利要求7所述的电路，其特征在于，所述滤波器电路为低通电路。

9、根据权利要求6到8中任意一项所述的电路，其特征在于，上升侧沿和下降侧沿可彼此独立地调节。

10、根据之前任意一项权利要求所述的电路，其特征在于，所述变压器由控制器在输入端进行控制。

11、根据之前任意一项权利要求所述的电路，其特征在于，该电路被配置为双向接口，并具有接收支路。

12、一种双向接口电路，具有

传输支路，用于将用于照明设备的操作装置的数字信号传输至所连接的总线，所述传输借助于变压器来实现，和

接收支路，

其中，设置有鉴别电路，其辨别在输入端施加到所述变压器的控制信号，是可选地通过所述传输支路在总线上实现下降侧沿，还是实现所述传输支路的桥接。

13、根据权利要求12所述的接口电路，其特征在于，所述鉴别电路为滤波器电路。

14、根据权利要求12或13所述的接口电路，其特征在于，所述鉴别电路辨别所述控制信号不同的脉冲/中断比率。

15、一种双向接口电路，具有

传输支路，用于将用于照明设备的操作装置的数字信号传输至所连接的总线，和

接收支路，

其中，设置有鉴别电路，其辨别施加到输入端上的控制信号，是可选地通过经所述传输支路闭合第一开关来在总线上实现下降侧沿，还是可选地通过闭合第二开关来实现所述传输支路的桥接。

16、根据权利要求12到15中任意一项所述的接口电路，其特征在于，所述鉴别电路为无源电路。

17、根据权利要求12到16中任意一项所述的接口电路，其特征在于，所述鉴别电路为模拟电路。

18、一种用于照明元件的操作装置，其具有根据之前任意一项权利要求所述的电路。

19、一种用于将信号从控制装置传输至所连接的数字总线的方法，

具有如下步骤：

通过所述控制装置控制变压器的初级端，并且

采用所述变压器的次级端来控制将数字信号调制到所述总线上的开关。

20、一种用于将信号从具有传输支路和接收支路的双向接口的控制装置传输到所连接的数字总线的方法，其中，变压器的初级端由所述控制装置控制，并且根据对所述控制信号的参数的选择，来通过传输支路实现所述总线上的下降侧沿或者所述接收支路的桥接。

21、根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述控制信号的参数为脉冲/中断关系。

22、一种用于将信号从具有传输支路和接收支路的双向接口的控制装置传输至所连接的数字总线的方法，其中，鉴别电路由所述控制装置控制，并且采用该鉴别电路根据对所述控制信号的参数的选择，来通过所述传输支路实现所述总线上的下降侧沿或者所述接收支路的桥接。

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