DD155576C2

DD155576C2 - METHOD FOR MULTIPLEXING TRANSMITTING BINARY SIGNALS THROUGH LIGHT TRIPS

Info

Publication number: DD155576C2
Authority: DD
Publication date: 1983-02-23

Description

Dipl.-Ing. Erhardt Gierke Berlin, den 15.12.1980 Dipl.-Ing. Dieter Schroth Ri/Sei E7 16/80Dipl.-Ing. Erhardt Gierke Berlin, 15.12.1980 Dipl.-Ing. Dieter Schroth Ri / Be E7 16/80

Title of the invention

Verfahren zur raultiplexen Übertragung binärer Signale durch LichtleitstreckenMethod for the ruleblex transmission of binary signals through optical paths

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine multiplexe Übertragung von getakteten, parallelen binären Signalen über Lichtleitstrecken insbesondere über Kurzstrecken z.B. bei Elektroenergieanlagen, Hochspannungseinrichtungen, Datenund. Meßwertübertragungen, Melde- und Stellsignalen.The invention relates to a multiplex transmission of clocked, parallel binary signals over optical paths, in particular over short distances, e.g. in electric power plants, high voltage equipment, data and. Measured value transmissions, message and control signals.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Die Übertragung mehrerer parallel anliegender Signale über eine Lichtleitstrecke (mit einer Sende- und Empfangsdiode) erfolgt im wesentlichen zeitmultiplex. Diese zeitliche Staffelung mit zyklischer Wiederholung der Informationsübertragung setzt mit zunehmender Informationsmenge die Abtastgeschwindigkeit für eine Information herab. Characteristic of the Known Technical Solutions The transmission of a plurality of signals in parallel via an optical transmission path (with a transmitting and receiving diode) is essentially time-division multiplexed. This time staging with cyclical repetition of the information transmission decreases the scanning speed for information as the amount of information increases.

Ia der DE OS 23 30 263 wird vorgeschlagen, eine Amplitu3enscb.acb.te lung vorzunehmen, dabei wird jedem Eingangskanal eine Amplitudenwertigkeit von 2°,2 , 2 ... 2¹¹¹""¹ zugeordnet· Das bedeutet, daß bei η Eingangska-According to DE OS 23 30 263, it is proposed to carry out an amplitude compensation, in which case an amplitude value of 2 °, 2, 2... 2 ¹¹¹ "" ^{1 is} assigned to each input channel. This means that at η input capacitance

nälen 2ⁿ - 1 Amplitudenstufen entstehen (n = З57 Amplitudenstufen). Die exponentiell Zunahme der Amplitudenstufen erschwert die richtige Erkennung bei nichtlinearem Verhalten der Sende- und Erapfangsdiode· Neben der Unsicherheit des Erkennens steigt der Aufwand der Empfängerseite.nals 2 ⁿ - 1 amplitude levels arise (n = З57 amplitude steps). The exponential increase of the amplitude levels hinders the correct detection in the case of non-linear behavior of the transmitting and receiving diode. In addition to the uncertainty of the detection, the complexity of the receiver side increases.

Die Übertragung von zwei Signalen mittels einer Kombination von Pulsdauermodulation (PDM) und Pulsamplitudenmodulation (PAIJ) wird in der DE OS 23 24 201 dargestellt. Dieses Verfahren erlaubt jedoch nur zwel· Informationen, gleichzeitig zu übertragen. Für das amplitudenmoduliert e· Signal wird ein lineares Verhalten von Sender und Empfänger vorausgesetzt.The transmission of two signals by means of a combination of pulse width modulation (PDM) and pulse amplitude modulation (PAIJ) is shown in DE OS 23 24 201. However, this method only allows information to be transmitted simultaneously. For the amplitude modulated signal a linear behavior of transmitter and receiver is assumed.

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur gleichzeitigen Übertragung mehrerer binärer Signale für die Lichtleitstrecke zu schaffen, so daß eine höhere Übertragungsgeschwindigkeit mit ökonomischerem Aufwand erreicht wird.The object of the invention is to provide a method for the simultaneous transmission of a plurality of binary signals for the optical path, so that a higher transmission speed is achieved with more economical effort.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur multiplexen Übertragung getakteter, paralleler binärer Signale über eine Lichtleitstrecke zu schaffen, mit dem mehrere parallel anliegende Signale gleichzeitig ohne vorherige Paralle1-Serien- Wandlung und ohne Kodierung übertragen werden können.The invention has for its object to provide a method for the multiplex transmission of clocked, parallel binary signals over a Lichtleitstrecke, with the several parallel signals can be transmitted simultaneously without previous Paralle1-series conversion and without coding.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß für die binären Signale mit gleichem Takt im Sender Impulse mit bestimmten Amplituden des Stromes für die Sendediode von kleinen Werten beginnend zugeordnet werden. Gleichzeitig wird für jede Amplitude eine Impulsdauer festgelegt, die mit zunehmender Amplitude abnimmt. Auf der Empfängerseite werden die Impulse unterschiedlicher Amplitude und Dauer auch bei Überlagerungen nachAccording to the invention the object is achieved in that are assigned for the binary signals with the same clock in the transmitter pulses with certain amplitudes of the current for the transmitter diode of small values starting. At the same time a pulse duration is set for each amplitude, which decreases with increasing amplitude. On the receiver side, the pulses of different amplitude and duration become even after overlays

ihren zulässigen Werten erkannt und daraus die eingegebenen, binären Signale reproduziert. Die Impulsüberlagerung erfolgt so, daß der schmalere Impuls den breiteren nicht am Anfang oder Ende überschreitet, weil sonst die Erkennung auf der Empfängerseite durch größere Impulsbreiten erschwert bzw. verhindert wird. Die Überlagerung sollte möglichst in der Mitte erfolgen (Fig.2). Die Impulsbreite für den ersten bzw», unteren Impuls ergibt sich aus Taktzeit t_T, Verzögerungen auf der Sende- und Empfängerseite und Dispersion der Lichtleitstrecke. Mit der unteren Impulsbreite und einer erforderlichen Zeitdifferenz zwischen den Impulsen (t = t^ - t₂» t s tg - t^) zur sicheren zeitlichen Erkennung auf der Empfängerseite wird die Anzahl der möglichen Überlagerungen ohne Berücksichtigung der Amplitudenprobleme festgelegt. Die amplitudenmäßige Staffelung hängt sendeseitig von der Genauigkeit des aufgeprägten und gestaffelten Stromes für die Sendediode, von den. Einflußfaktoren (Temperatur, Bauelementetoleranzen, Drift, u.a.) und von Sendeleistung und empfängerseitig von der Empfangsempfindlichkeit, von der Empfindlichkeit der einzelnen. Selektor en, die aus den Impulsen die binären Signale rückgewinnen, ab·recognized their permissible values and reproduced from the input binary signals. The pulse superposition is done so that the narrower pulse does not exceed the wider at the beginning or end, because otherwise the detection on the receiver side difficult or prevented by larger pulse widths. The overlay should be done in the middle if possible (Fig.2). The pulse width for the first or lower pulse results from the cycle time t _T , delays on the transmitter and receiver sides and dispersion of the optical conductor. With the lower pulse width and a required time difference between the pulses (t = t ^ - t ₂ »ts tg - t ^) for reliable time detection on the receiver side, the number of possible superimpositions is determined without consideration of the amplitude problems. The amplitude grading depends on the transmission side on the accuracy of the impressed and staggered current for the transmitting diode, of the. Influence factors (temperature, component tolerances, drift, etc.) and of transmission power and receiver side of the reception sensitivity, of the sensitivity of the individual. Selectors which recover the binary signals from the pulses.

Als elektrisch-optischer Wandler auf der Sendeseite wird z.B· eine Lumineszenzdiode (LED) verwendet· Y/erden LED unterhalb der Sättigung betrieben, besteht eine lineare Abhängigkeit zwischen Strahlungsleistung und Flußstrom. Das optische Signal kann also amplitudenmoduliert werden. Durch die Kapazität der Sendediode kommt es zu einer Verzögerung zwischen Stromsprung und Strahlungsanstieg. Die optischen Ausgangsimpulse haben daher die in Fig. 2a gezeigte Form.For example, a light-emitting diode (LED) is used as the electrical-optical converter on the transmission side. If the LED is operated below saturation, there is a linear dependence between radiant power and flux current. The optical signal can thus be amplitude modulated. Due to the capacity of the transmitting diode, there is a delay between current jump and radiation increase. The optical output pulses therefore have the shape shown in Fig. 2a.

Als optisch-elektrischer Wandler auf der Empfangsseite dient z.B. eine РБ^-Fotodiode. Der Sperrstrom derAs the optical-to-electrical converter on the receiving side, e.g. a РБ ^ photodiode. The reverse current of

Fotodiode folgt dem optischen Eingangssignal ohne nennenswerte Verzögerung.Photodiode follows the optical input signal without appreciable delay.

Beim Verfahren gemäß der Erfindung werden die getakteten, binären Signale in Ansteuerschaltungen 1 in gestufte Stromimpulse unterschiedlicher Amplitude und Dauer für die Sendediode umgesetzt, dabei gleichzeitig eine gegenseitige Steuerung (Verriegelung) der Stromimpulse vorgenommen und anschließend die im Sender erzeugten. Lichtimpulse unterschiedlicher Amplitude und Zeitdauer Über ein Lichtleitkabel als verschliffenes, gestuftes Signal zu der Empfangsdiode und einem Verstärker weitergegeben und anschließend in Selektoren. analysiert und als binäres Signal reproduziert· Die Verzögerung zwischen den ein- und ausgegebenen binären Signalen kann, bis zu einem Takt betragen. Die Anzahl der gleichzeitig übertragenen. Signale wird im wesentlichen von der Sendeleistung, Empfangsempfindlichkeit und Taktzeit bestimmt.In the method according to the invention, the clocked binary signals are converted in control circuits 1 in stepped current pulses of different amplitude and duration for the transmitting diode, while simultaneously carried out a mutual control (locking) of the current pulses and then generated in the transmitter. Light pulses of different amplitude and duration Passed over a fiber optic cable as a scanned, stepped signal to the receiving diode and an amplifier and then into selectors. analyzed and reproduced as a binary signal · The delay between the input and output binary signals can be up to one clock. The number of simultaneously transmitted. Signals are essentially determined by the transmission power, reception sensitivity and cycle time.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber herkömmlichen Verfahren besteht darin, daß eine parallele Informationsübertragung ohne aufwendige Parallel/ Seriell- bzw. Seriell/Parallel-Wandlung, ohne aufwendiges Multiplexsystem mit entsprechender Kodierung Synchronisation und evtl. Taktübertragung möglich ist.The advantage of the method according to the invention over conventional methods is that a parallel information transmission without complex parallel / serial or serial / parallel conversion, without complex multiplex system with appropriate coding synchronization and possibly clock transmission is possible.

embodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werdenThe invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment

In den zugehörigen Zeichnungen zeigen: Figur 1 den grundsätzlichen Aufbau einer Übertragungs- In the accompanying drawings: FIG. 1 shows the basic structure of a transmission

strecke für das Verfahren, Figur 2 eine Darstellung gestufter Stromimpulse durch die Ansteuerschaltungen,2 shows a representation of stepped current pulses through the drive circuits, FIG.

Figur 2a Darstellung des elektrischen und optischen Sendeimpulses,FIG. 2a shows the electrical and optical transmission pulse,

Figur 3 eine Realisierungsanwendung für das Verfahren, Figur 4 Impulsdiagramm für die Realisierung des Verfahrens nach Figur 3·3 shows an implementation application for the method, FIG. 4 shows a timing diagram for implementing the method according to FIG. 3.

In der Zeichnung ist in Figur Λ der grundsätzliche Aufbau einer Übertragungsstrecke und Verfahrensablauf zur Übertragung von mehreren getakteten, binären Signalen über eine Lichtleitstrecke aufgezeigt· Der allgemeine Verfahrensablauf nach Figur 1 gestaltet sich dabei wie folgt:In the drawing in FIG Λ, the basic construction of a transmission path and procedure for transmitting a plurality of clocked, binary signals via an optical link is indicated · The general procedure according to Figure 1 is designed as follows:

Die gestalteten Signale S^, S₂ ·.· S₁₁ werden in Ansteuerschaltungen Λ in gestufte Stromimpulse I_e fürThe shaped signals S 1, S ₂ ·. · S ₁₁ are transformed into control circuits I in stepped current pulses I _e for

die Sendediode 2 umgesetzt. Hierzu ist eine gegenseitige Steuerung 7 (Verriegelung) notwendig, damit die geforderten Abstufungen zustande kommen, ζ,B, wie in Figur 2 dargestellt. Vom Lichtleitkabel 3 wird ein: verschliffenes gestuftes Signal über die Empfangsdiode k zum Verstärker 5 weitergegeben. Anschließend werden durch die Selektoren 6, die nach Amplitude und Dauer das verstärkte Empfangssignal analysieren, die entsprechenden binären Signale zurückgewonnen· In Figur 2 ist ein bestimmter Aufbau der zu übertragenden Signale mit unterschiedlichen Amplitudenstufen und Impulsbreiten dargestellt.implemented the transmitter diode 2. For this purpose, a mutual control 7 (locking) is necessary so that the required gradations come about, ζ, B, as shown in Figure 2. From the light guide cable 3 is a: stepped signal stepped through the receiving diode k to the amplifier 5 passed. Subsequently, the respective binary signals are recovered by the selectors 6 which analyze the amplified received signal in terms of amplitude and duration. In FIG. 2, a specific structure of the signals to be transmitted with different amplitude levels and pulse widths is shown.

Figur 2a stellt die Umwandlung der gestuften elektrischen Impulse in die zugehörigen optischen Impulse dar·FIG. 2a represents the conversion of the stepped electrical pulses into the associated optical pulses.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung ist in Figur 3 eine Schaltung zur parallelen Übertragung von drei getakteten binären Signalen nach dem grundsätzlichen Aufbau in Figur Λ dargestellt. Entsprechend des Zustandes der-Signale S-j, S₂ und S^ am Eingang des Senders werden mit dem Takt T_ die ersten Zeitglieder (Monoflop) mit den Zeiten t_y , t_y und t_y gestartet· Naoh diesen Verzögerungszeiten werden die nächsten Zeitglieder (Monoflop) mit den Zeiten t_i? t₂ und t₃, die die Dauer für die Ströme I₁, I₂ und I^ zur Sende-In the method according to the invention, a circuit for the parallel transmission of three clocked binary signals is shown in Figure 3 according to the basic structure in Figure Λ . In accordance with the state of the signals Sj, S ₂ and S 1 at the input of the transmitter, the first timers (monoflop) with the times t _y , t _y and t _{y are} started with the clock T_. Naoh these delay times the next timers (monoflop ) with the times t _i? t ₂ and t ₃ , the duration for the currents I ₁ , I ₂ and I ^ to send

diode 2 festlegen, angeregt. Anschließend erfolgt eine Verriegelung über MD-Gatter, wobei S3, das die höchste Amplitude I₃ und die kürzeste Dauer t-j besitzt, die untergeordneten Signale S₂ und S₁ sperrt und außerdem S₁ durch S₂ verhindert wird. Danach werden geeignete Treiber 8 geschaltet, die über die V/iderstände R₁, R₂ und R₃ die erforderlichen Ströme I₁, I₂ und I₃ liefern. Die Bedingung der Ströme ist:set diode 2, excited. Subsequently, a locking via MD-gate, wherein S3, which has the highest amplitude I ₃ and the shortest duration tj, the slave signals S ₂ and S ₁ blocks and also S _{1 is} prevented by S ₂ . Thereafter, suitable drivers 8 are switched, which supply the required currents I ₁ , I ₂ and I ₃ via the stator circuits R ₁ , R ₂ and R ₃ . The condition of the streams is:

I₃ > I₂ > I₁ I ₃ > I ₂ > I ₁

t₃ < t₂ < ь_л t ₃ <t ₂ < ь _л

Der Summenstrom für die Sendediode, der zeitlich entsprechend der Verriegelung zusammengesetzt wird, d.h. entweder I₃ oder I₂ oder I₁, liefert die äquivalente Lichtleistung für das Lichtleitkabel 3· Die Empfängerdiode 4 erhält einen- verschliffenen. gestuften Lichtimpuls. Der gewandelte Impuls steht hinter dem Verstärker 5 als Spannung Ug den Selektoren zur Verfügung. Die Schmitt-Trigger mit ihren Ansprechwerten U₁, U₂und U₃ erfassen die möglichen Amplituden. Mit den nachfolgenden Zeitgliedern (Monoflop) mit den Zeiten t₁, t₂ und t₃ und einer entsprechenden NAND-Beschaltung erfolgt die Auswahl der Impulse und die Zuordnung zu den Signalen S₁, S₂ und S₃. Die Zeiten t_1? t₂*, t₃ müssen gleich" oder etwas kleiner sein als fc.j, t«, t-ч,The summation current for the transmitting diode, which is composed in time according to the lock, ie either I ₃ or I ₂ or I ₁ , provides the equivalent light output for the light guide cable 3. The receiver diode 4 is given a grounded one. graded light pulse. The converted pulse is behind the amplifier 5 as a voltage Ug the selectors available. The Schmitt triggers with their response values U ₁ , U ₂ and U ₃ detect the possible amplitudes. With the following timers (monoflop) with the times t ₁ , t ₂ and t ₃ and a corresponding NAND circuit, the selection of the pulses and the assignment to the signals S ₁ , S ₂ and S _{3 takes place} . The times t _1? t ₂ *, t ₃ must be equal to "or slightly smaller than fc.j, t", t-ч,

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damit noch eindeutiger Impuls S₁, S₂ und S₃ zum Stellen der RS-Flipflops entsteht. Mit dem empfängerseitigen Takt T_E wird über die D-Flipflops die ursprünglichen Signale S₁, S₂, S₃ um einen Takt verschoben zurückgewonnen. Der Löschtakt T^ sorgt dafür, daß das RS-Flipflop zum nächsten Takt aufnahmebereit ist. Für die Takte gelten: T_g = Tg = T_L .so that even clear pulse S ₁ , S ₂ and S ₃ for setting the RS flip-flops arises. With the receiver-side clock T _E , the original signals S ₁ , S ₂ , S ₃ are recovered by one clock via the D flip-flops. The erase clock T ^ ensures that the RS flip-flop is ready for recording to the next clock. For the clocks apply: T _g = Tg = T _L.

Das Beispiel zeigt, daß ein relativ einfaches und billiges Multiplexsystem realisierbar ist· Dabei ergibt sich der Vorteil der parallelen Signalübertragung. Bei abnehmender Dämpfung der Strecke (z.B· Kurzstrecke) steigt damit die parallele Übertragungskapazität· Eine Kombination von paralleler und serieller Informationsübertragung würde die Übertragungszyklen (Abtastzyklus) erheblich herabsetzen.The example shows that a relatively simple and inexpensive multiplex system can be realized. This results in the advantage of parallel signal transmission. As the attenuation of the link decreases (eg short-distance), the parallel transmission capacity increases. A combination of parallel and serial information transmission would considerably reduce the transmission cycles (sampling cycle).

Das Problem der zusätzlichen Taktübertragung kann hiermit einfach gelöst werden·The problem of additional clock transmission can hereby be solved easily.

Figur 4 stellt die Impulsdiagramme an den einzelnen Komponenten des. Realisierungsbeispiels nach Figur 3 dar.FIG. 4 shows the pulse diagrams at the individual components of the realization example according to FIG.

Claims

claim

Verfahren · Method for the multiplex transmission of clocked, parallel binary signals via a Lichtleitstrecke consisting of transmitting element Lichtleitkabel receiving element in particular for short distance transmission, characterized in that the clocked binary signals in control circuits in stepped pulses with different amplitude and duration by a mutual control ( Locking) for a transmitting element and thereby a pulse duration is determined for each amplitude, which decreases with increasing amplitude, and the pulse superposition is designed so that the narrower pulse does not exceed the wider at the beginning or end, then the staggered generated in the transmitter Transmitted light pulses via a fiber optic cable to an Erapfangselement and amplifier, the amplified received signal analyzed in Selektorert and reproduced the binary signal ·

2. The method according to item 1, characterized in that a constant clock transmission is made,

3, method according to item 1 and 2, characterized in that a parallel information transmission as well as a combination of parallel and serial transmissions can be made »

Hienu .. JL pages drawings