DE10048352A1

DE10048352A1 - Verfahren zur Übertragung eines hochfrequenten binären Datenstroms über eine Kommunikationsstrecke mit galvanischer Trennung

Info

Publication number: DE10048352A1
Application number: DE10048352A
Authority: DE
Inventors: Susanne Gaksch; Kurt Goepfrich
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2000-09-29
Filing date: 2000-09-29
Publication date: 2002-04-25
Also published as: US20040008187A1; EP1320967A1; CN1502196A; WO2002028039A1

Abstract

Nach der Erfindung wird der Datenstrom geeignet aufbereitet und dann mit Übertragern übertragen. Um einen Übertrager einsetzen zu können, wird zunächst eine gleichanteilsfreie Codierung durchgeführt, hier bietet sich die Manchestercodierung an. Für eine synchrone Übertragung (FIG) müssen zwei Datenströme übertragen werden, aber nicht bidirektional. Das Datensignal ist zunächst nicht mittelwertfrei. Um es dennoch mit einem Übertrager übertragen zu können, wird es zunächst mit dem Taktsignal z. B. EXOR-verknüpft. Danach erfolgt die Übertragung beider Signale (das Taktsignal wird zur Vermeidung unterschiedlicher Laufzeiten mit 0 EXOR-verknüpft) und die Rückgewinnung des Original-Datenstromes durch nochmalige EXOR-Verknüpfung beider Signale.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung eines hochfrequenten, binären Datenstroms über eine, insbesondere bidirektionale Kommunikationsstrecke mit galvanischer Tren nung, insbesondere mit sicherer, elektrischer Trennung, sowie ein darauf aufbauendes Verfahren zur synchronen Übertragung eines hochfrequenten Datenstroms.

Um einen hochfrequenten Datenstrom über eine galvanische Trennstrecke zu übertragen, sind bei heutigen, technischen An wendungen häufig folgende Eigenschaften des Datenstromes und der galvanischen Trennung von besonderer Bedeutung:

- die galvanische Trennung soll möglichst die Eigenschaften einer sicheren Trennung gemäß der Norm EN 50178 erfüllen;
- es ist eine Störfestigkeit gegenüber hohen Änderungen der Spannung über die Zeit (du/dt) gefordert, z. B. bei Anwen dungen in einem Frequenzumrichter;
- die Datenübertragungsrate soll ca. 10. . .24 Mbaud betragen; denkbar sind auch höhere Datenraten.

Die Darstellung nach Fig. 2 zeigt eine Prinzipskizze zur Da tenübertragung mit galvanischer Trennung GT.

Häufig werden auch lange Leitungen (z. B. in der Größenordnung bis zu 100 m) zwischen Sender und Empfänger des Datenstromes liegen, z. B. zur Kommunikation zwischen zwei Geräten, so dass eine doppelte, galvanische Trennung, einmal in der Nähe des Senders und einmal in der Nähe des Empfängers, nötig ist. Dieser Fall ist in Fig. 3 skizziert, wonach somit zur Daten übertragung eine doppelte, galvanische Trennung GT bei langen Leitungen benötigt wird.

Häufig ist auch eine bidirektionale Übertragung über einen Kanal (nicht gleichzeitig in beide Richtungen) zu ermög lichen.

Herkömmlicherweise wird dieses Problem mit Hilfe von Opto kopplern gelöst. Eine solche Datenübertragung mit galvani scher Trennung nach dem Stand der Technik ist in der Darstel lung nach Fig. 4 gezeigt.

Auf beiden Seiten einer Kommunikationsstrecke K sind Trans ceiver T1 und T2 vorgesehen, welche jeweils über Optokoppler 01 bis 04 angesteuert werden. Der Transceiver T1 wird bei spielsweise für eingehende Daten TDATA über den Optokoppler 01 mit Daten beaufschlagt, während empfangene Daten RDATA an einen weiteren Optokoppler 02 weitergeleitet werden. Das gleiche gilt für die andere Seite der Kommunikationsstrecke K mit dem Transceiver T2 und den Optokopplern 03 und 04.

Auf Basis dieser Übertragungsstruktur ist beispielsweise eine serielle Datenübertragung beim PROFIBUS realisiert.

Diese herkömmliche Anordnung mit Optokopplern zur galvani schen Trennung besitzt jedoch einige Nachteile. So muss für die doppelte, galvanische Trennung der mittlere Teil zwischen den Optokopplern 01 bis 04 (Versorgung der beiden Transceiver T1 und T2) auch eine Stromversorgung bekommen, was uner wünschte, zusätzliche Kosten und Aufwand verursacht.

Auch ist bei Optokopplern die Spannungsfestigkeit für eine sichere Trennung eingeschränkt, und Optokoppler stehen nur für begrenzte Datenraten zur Verfügung (die Grenze liegt heute bei etwa 12 Mbaud).

Eine andere, bekannte Übertragungstechnik setzt daher auf eine Lösung mit Lichtwellenleitern. Auch dabei treten jedoch gra vierende Nachteile auf, denn es muss der wiederum mittlere Teil der Kommunikationsstrecke zur Erzeugung der Lichtimpulse eine eigene Stromversorgung bekommen, was mit unerwünschtem Aufwand und Kosten verbunden ist. Darüber hinaus stehen Lichtwellenleiter wie Optokoppler nur für begrenzte Datenra ten zur Verfügung. Die Lösung mit Lichtwellenleitern ist auf grund der hohen Kosten für die Lichtwellenleiter selbst sehr teuer.

Auch wurde eine Lösung mit Bauteilen nach dem aus der Büro kommunikationstechnik weit verbreiteten Ethernet-Standard vorgeschlagen.

Die Darstellung nach Fig. 5 zeigt eine solche, serielle Daten übertragung über Ethernet, wobei auf beiden Seiten der Über tragungsstrecke die nach dem Ethernet-Standard bekannten Phy sical-Layer-Komponenten PL vorliegen. Die eigentliche Über tragung erfolgt über Übertrager DU1 und DU2 auf beiden Seiten der Kommunikationsstrecke K1, K2.

Bei Ethernet kann jedoch eine bidirektionale Übertragung über einen Kanal nicht realisiert werden; man braucht zwei ge trennte Kanäle K1 und K2, verbunden mit erhöhtem Aufwand. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Übertrager für Ethernet keine ausreichende Störfestigkeit gegenüber hohen Spannungsänderungen über die Zeit (du/dt) gewährleisten, ins besondere aber keine sichere Trennung für Spannungen über ca. 300 V.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, einen hochfrequenten Datenstrom über eine galvanische Trenn strecke möglichst einfach und kostengünstig zu übertragen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Übertragung eines hochfrequenten, binären Daten stroms über eine, insbesondere bidirektionale Kommunikati onsstrecke mit galvanischer Trennung mit folgenden Verfah rensschritten gelöst:

- gleichanteilsfreie Codierung des Datenstroms auf der Sen deseite durch Erzeugung von künstlichen Signalwechseln durch
- Übertragung von Binärwerten des Datenstroms als definierte Folge von Signalwechseln über eine Kommunikationsstrecke mit mindestens einem elektrischen Übertrager und
- Rückgewinnung der ursprünglichen Binärwerte des Daten stroms durch Zuordnung der zugehörigen Binärwerte zu den auf der Empfangsseite eintreffenden Folgen von Signalwech seln.

Da ein Übertrager keine Gleichspannungen/-ströme und damit auch keine Gleichanteile eines Datenstroms übertragen kann, sondern nur Wechselspannungen/-ströme, besteht die Gefahr, dass aufgrund einer Folge von gleichen Binärwerten des Daten stroms über einen längeren Zeitraum quasi ein Gleichanteil an dem Übertrager ansteht. Daher wird das Signal erfindungsgemäß gleichanteilsfrei codiert, indem künstliche Sprünge in die zu übertragenden Binärwerte eingebaut werden, die gewährleisten, dass keine Gleichanteile entstehen können.

Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn:

- jedem Binärwert 'Null' die binäre Signalfolge 'Null' und darauffolgend 'Eins' zugeordnet wird und
- jedem Binärwert 'Eins' die binäre Signalfolge 'Eins' und darauffolgend 'Null' zugeordnet wird.

Alternativ kann derselbe Effekt erreicht werden, wenn:

- jedem Binärwert 'Eins' die binäre Signalfolge 'Null' und darauffolgend 'Eins' zugeordnet wird und
- jedem Binärwert 'Null' die binäre Signalfolge 'Eins' und darauffolgend 'Null' zugeordnet wird.

Eine solche Codierung wird zu anderen Zwecken auch als Manchester-Codierung bezeichnet.

Mit besonders geringem Aufwand lässt sich die Erfindung mit einer seriellen Kommunikationsstrecke zur Übertragung einset zen.

Dabei ist es nach einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung besonders vorteilhaft, wenn eine Übertragung im Halbduplex-Betrieb erfolgt, indem der Anfang jedes Datenstroms auf der Sendeseite mit einem Kennwert, ins besondere mit einem Startbit, zur Identifizierung einer Nach richt versehen wird.

Ein jeweiliger Kennwert, insbesondere ein Startbit, kann da bei auch zum Start der Wiedergewinnung der gleichanteilsfrei codierten Daten auf der Empfangsseite eingesetzt werden.

Nach einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung lässt sich die zugrunde liegende Aufgabe darüber hinaus auch durch ein Verfahren zur synchronen Übertragung eines hochfre quenten, binären Datenstroms mit einem Datensignal und einem Taktsignal über eine, insbesondere bidirektionale Kommuni kationsstrecke mit galvanischer Trennung mit folgenden Ver fahrensschritten lösen:

- Codierung des Datensignals durch eine logische Verknüpfung von Datensignal und Taktsignal auf der Sendeseite derart, dass ein gleichanteilsfreies, codiertes Datensignal resul tiert,
- Übertragung des codierten Datensignals über eine erste Kommunikationsstrecke mit mindestens einem elektrischen Übertrager,
- Übertragung des Taktsignals über eine zweite Kommunika tionsstrecke mit mindestens einem elektrischen Übertrager und
- Decodierung des codierten Datensignals auf der Empfangs seite durch erneute, logische Verknüpfung von codiertem Da tensignal und Taktsignal derart, dass das ursprüngliche Datensignal zurückgewonnen wird.

Zur Vermeidung unterschiedlicher Laufzeiten der über beide Kommunikationsstrecken übertragenen Daten hat sich folgender, weiterer Verfahrensschritt als günstig erwiesen:

- Codierung und Decodierung des Taktsignals mit derselben, logischen Verknüpfung mit einem konstanten Binärwert und Übertragung des codierten Taktsignals.

Dabei hat es sich als besonders einfach und effektiv erwie sen, folgende, logische Verknüpfung durchzuführen:

- Codierung des Datensignals durch eine Exklusiv-Oder-Ver knüpfung von Datensignal und Taktsignal auf der Sendesei te;
- Decodierung des codierten Datensignals auf der Empfangs seite durch erneute Exklusiv-Oder-Verknüpfung von codier tem Datensignal und Taktsignal.

Zur Vermeidung unterschiedlicher Laufzeiten der über beide Kommunikationsstrecken übertragenen Daten empfiehlt sich in diesem Fall folgende Vorgehensweise:

- Exklusiv-Oder-Verknüpfung des Taktsignals mit einem kon stanten, binären Wert, insbesondere mit dem Wert Null, auf der Sendeseite,
- Übertragung des so codierten Taktsignals über die zweite Kommunikationsstrecke mit mindestens einem elektrischen Übertrager und
- erneute Exklusiv-Oder-Verknüpfung von codiertem Taktsignal und dem gleichen, konstanten, binären Wert, insbesondere mit dem Wert Null, auf der Empfangsseite.

Es hat sich als günstig erwiesen, wenn Übertrager mit einer geringen Koppelkapazität zwischen deren Primärkreis und Se kundärkreis eingesetzt werden, insbesondere solche mit einer Koppelkapazität kleiner als 1 pF.

Auch ist es vorteilhaft, wenn Übertrager mit einer geringen Dämpfung und/oder mit sicherer, elektrischer Trennung bis zu 720 Volt eingesetzt werden.

Eine besonders effektive Einsatzmöglichkeit ergibt sich bei einer Verbindung eines Leistungsteiles für elektrische An triebe, insbesondere einen Zwischenkreis-Umrichter oder Wech selrichter, mit vergleichsweise hohem Spannungspotential mit einer Regelungselektronik mit einem vergleichsweise niedrige ren Spannungspotential zum bidirektionalen Datenaustausch nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Weitere Vorteile und Details der vorliegenden Erfindung erge ben sich anhand des im folgenden dargestellten Ausführungs beispiels und in Verbindung mit den Figuren. Dabei sind Ele mente mit gleicher Funktionalität mit den gleichen Bezugszei chen gekennzeichnet. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer seriellen Datenübertra gung im Halbduplexbetrieb nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Prinzipskizze einer Datenübertragung mit gal vanischer Trennung,

Fig. 3 eine Prinzipskizze einer Datenübertragung bei lan gen Leitungen mit doppelter, galvanischer Trennung,

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer seriellen Datenüber tragung mit Optokopplern nach dem Stand der Tech nik,

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer seriellen Datenüber tragung mit Ethernet-Technik nach dem Stand der Technik,

Fig. 6 eine Schaltungsanordnung zur Manchester-Codierung,

Fig. 7 ein Signaldiagramm der Manchester-Codierung,

Fig. 8 eine Schaltungsanordnung zur Manchester- Decodierung,

Fig. 9 ein Signaldiagramm der Manchester-Decodierung und

Fig. 10 ein Blockschaltbild einer seriellen Übertragung von synchronen Daten nach der Erfindung.

Nach der Erfindung wird der Datenstrom zunächst geeignet auf bereitet und dann mit Übertragern übertragen. Diese Übertra ger müssen eine sehr geringe Koppelkapazität zwischen Primär- und Sekundärseite besitzen (typischerweise < 1 pF), um Probleme mit den hohen Spannungs-Zeit-Änderungen du/dt zu vermeiden. Außerdem sollten diese eine geringe Dämpfung besitzen, um die hohen Datenraten übertragen zu können und für eine sichere Trennung geeignet sein.

Um einen Übertrager einsetzen zu können, wird zunächst eine gleichanteilsfreie Codierung durchgeführt, wobei sich hier beispielsweise eine Manchester-Codierung anbietet.

Um große Entfernungen überbrücken zu können, können Leitungs treiber, wie z. B. ein RS485-Treiber eingesetzt werden, die kostengünstig zur Verfügung stehen.

In der Darstellung nach Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer seriellen Datenübertragung im Halbduplexbetrieb nach der Er findung gezeigt, in dem die vorangehend beschriebenen Maßnah men berücksichtigt sind. Die zu übertragenden Daten DATA wer den in einem Encoder/Decoder EC_DG gleichanteilsfrei codiert, z. B. Manchester-codiert, und stehen als codierte Daten DATA' zur Verfügung. Damit wird ein Leitungstreiber LT1 beauf schlagt, der diese Daten DATA' über eine Kommunikations strecke K an einen anderen Leitungstreiber LT2 sendet. Jeder Leitungstreiber verfügt über einen Eingang T für zu sendende Daten und einen Ausgang R für zu empfangende Daten.

Zwischen den jeweiligen Leitungstreibern LT1, LT2 und die Kom munikationsstrecke K sind jeweilige Übertrager U1, U2 ge schaltet, wovon mindestens einer eine sichere, galvanische Trennung GT bewirken muss.

Mit dieser erfindungsgemäßen Vorgehensweise werden alle ein gangs geforderten Kriterien erfüllt:

- Lange Leitungen und hohe Datenraten sind möglich;
- ein Halbduplexbetrieb ist sehr preiswert realisierbar und darüber hinaus erweiterbar auf Full-Duplexbetrieb, indem die gleiche Kommunikationsstrecke K doppelt vorgesehen ist);
- bei Datenübertragungsraten von etwa 12 Mbaud wird aufgrund einer geringen Koppelkapazität des Übertragers eine hohe Störsicherheit erreicht;
- der Übertrager stellt eine sichere Trennung her;
- bei kurzen Übertragungsstrecken (z. B. innerhalb eines Ge rätes) kann auf den ersten Übertrager verzichtet werden, so dass nur ein Übertrager für eine sichere Trennung benö tigt wird.

Eine mögliche Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung be steht in der Verbindung einer Regelungsbaugruppe mit einem Leistungsteil zur Realisierung eines dezentralen Antriebskon zeptes für elektrische Antriebe. Dazu wird auf Leistungsteile mit einer Steuersatzeinheit zurückgegriffen, die auf negati vem Zwischenkreispotential "liegt", um Kosten bei Optokopp lern zu sparen. Dadurch wird eine Übertragungsstrecke mit den eingangs angeführten Anforderungen für die Datenkommunikation benötigt, die über die galvanische Trennung hinaus eine si chere, elektrische Trennung bieten muss. Aus Kostengründen soll für die Datenschnittstelle nur eine Übertragungsstrecke zum Einsatz kommen (nur Halbduplex-Datenübertragung).

Die Potentialtrennung erfolgt mittels Übertragern, die für die galvanische Trennung zwischen Regelelektronik (PE-Poten tial) und Leistungsteil (negatives Zwischenkreispotential) verwendet werden. Die vorgesehenen Übertrager werden so ge wählt, dass sie bei einer Anschlussspannung von bis zu 3AC720V die Anforderungen für eine sichere Trennung erfüllen und sind damit für alle Niederspannungsumrichter geeignet.

Da über eine solche Strecke kein Gleichanteil übertragen wer den kann, werden die Daten vorher so codiert, dass ein Gleichanteil vermieden werden kann. Als eine mögliche Codie rungsform bietet sich eine Manchester-Codierung an. Dafür gibt es zwei Alternativen zur Auswertung von Flankenwechseln:

a) 0 = positive Flanke, 1 = negative Flanke;
b) 1 = positive Flanke, 0 = negative Flanke.

Für das folgende Beispiel wurde die erste Möglichkeit ge wählt, da diese von Halbleiterherstellern für integrierte Lö sungen bevorzugt wird.

Da die Übertragungsstrecke nur im Halbduplexbetrieb genutzt werden kann, wird der Anfang jeder Nachricht mit einem Start bit S0 versehen. Darauf folgt dann entweder ein Datenpaket mit einer vorher festgelegten Länge, oder die Länge wird mit dem Anfang des Datenpakets übertragen. Als Startbit wurde die 0 (= positive Flanke) gewählt. Diese Flanke wird auch be nutzt, um aus den folgenden Manchester-codierten Daten, Takt und Daten wieder zurückzugewinnen. Ein entsprechender Encoder und Decoder EC_DC mit den zugehörigen Timingdiagrammen ist in den Fig. 6 bis 9 dargestellt.

Die Darstellung nach Fig. 6 zeigt eine Schaltungsanordnung für einen Encoder zur Manchester-Codierung auf Basis mehrerer, lo gischer Schaltgatter. Die Verschaltung ist vom Fachmann leicht zu durchschauen und muss daher nicht im einzelnen er läutert werden. Es kommen Flip-Flop-Bausteine D1 bis D5 sowie ein logisches UND-Glied G1 zum Einsatz.

Die Fig. 7 zeigt das zugehörige Signaldiagramm der in der Schaltungsanordnung nach Fig. 6 gezeigten Signale, die über einander aufgetragen sind. Es sind dies Taktsignale CLK48, CLK24, CLK12, welche durch Taktteilung gewonnen werden. Ein Signal DE dient der Aktivierung des Encoders. SCLK stellt den Takt des zu codierenden Datenstroms TDATA dar. Die logische Verknüpfung der jeweiligen Signale entnimmt der Fachmann der Schaltungsanordnung nach Fig. 6.

Der wesentliche Effekt der Manchester-Codierung lässt sich an hand des uncodierten Signals TDATA und des codierten Signals TX erkennen. TDATA führt beispielhaft eine Signalfolge '1011', wobei die beiden aufeinanderfolgenden, logischen Werte 'Eins' keine Signaländerung hervorrufen, sondern TDATA ver läuft in diesem Fall konstant. Genau dies kann jedoch uner wünschte Gleichanteile zur Folge haben. Nach erfolgreicher Manchester-Codierung führt das Signal TX - nach dem vorange hend geschilderten Startbit S0 - notwendigerweise ebenfalls die Signalfolge '1011'; jedoch unterscheidet sich der dazuge hörige Signalverlauf insoweit, als auch im Fall der beiden aufeinanderfolgenden, logischen Werte 'Eins' ein Flankenwech sel auftritt. Dabei stellt ein negativer Flankenwechsel den logischen Wert 'Eins'; ein positiver Flankenwechsel den logi schen Wert 'Null' dar. Dadurch wird ein unerwünschter Gleich anteil bei der Übertragung sicher vermieden.

Die Fig. 8 zeigt entsprechend eine Schaltungsanordnung zur De codierung von Manchester-codierten Signalen auf Basis mehrerer logischer Schaltgatter. Die Verschaltung ist dem Fachmann ebenfalls verständlich und muss daher nicht im einzelnen er läutert werden. Es kommen Flip-Flop-Bausteine D6 bis D12 so wie logische UND-Glieder G2 und G3 zum Einsatz.

Die Fig. 9 zeigt das zugehörige Signaldiagramm der in der Schaltungsanordnung nach Fig. 8 gezeigten Signale, die wieder um übereinander aufgetragen sind. Es sind dies Taktsignale CLK48 und CLK24, welche durch Taktteilung gewonnen werden. Ein Signal XRE dient der Aktivierung der Decodierung. RX sind die empfangenen, Manchester-codierten Daten DATA' des Datenstroms.

Aus diesen Signalen wird durch die in Fig. 8 gezeigte Decodie rungsanordnung ein internes Synchronisationssignal RX_SYNC gewonnen. Dieses dient gemeinsam mit dem Taktsignal CLK24 un ter anderem zur Wiedergewinnung des ursprünglichen Daten stroms DATA. RCLK stellt den wiedergewonnenen Takt des deco dierten Datenstroms RDATA dar. Die logische Verknüpfung der jeweiligen Signale entnimmt der Fachmann der Schaltungsanord nung nach Fig. 8.

Wie anhand eines Vergleichs der Signale PIK (Manchester-co dierte Daten) und RDATA (decodierte Originaldaten) erkennbar ist, liefert RX für die Signalfolge '1011' die bereits im Zu sammenhang mit TX erläuterten Signalwechsel auch für eine Folge von aufeinanderfolgenden, gleichen Binärwerten zur Ver meidung eines Gleichanteils, welcher nicht durch einen Über trager verarbeitet werden kann. Das decodierte Signal RDATA führt dann wieder die originalen Daten des Datenstroms und entspricht damit dem Signal TDATA bzw. DATA.

Selbstverständlich sind eine Vielzahl anderer Codierungsmög lichkeiten ebenfalls einsetzbar, sofern eine gleichanteils freie Signalübertragung ermöglicht wird.

Ein Vertauschen der Leitungen ist bei dem in den Fig. 1 und Fig. 6 bis 9 gezeigten Ausführungsbeispiel nicht zulässig. An sonsten würden der Aufwand für die Signalrückgewinnung und die damit verbundenen Kosten unakzeptabel steigen.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel ermöglicht eine Übertragung von synchronen Daten, wobei eine geeignete Codierung der Sig nale zur Vermeidung der Entstehung von Gleichanteilen erfin dungsgemäß durch eine EXOR-Verknüpfung von Taktsignal CLK und Daten DATA erfolgt.

In diesem Anwendungsfall treten in der Regel keine großen Entfernungen zwischen Sender und Empfänger auf, so dass zu meist auf die doppelte, galvanische Trennung verzichtet werden kann. Diese Ausgangssituation ist auch dem in Fig. 10 gezeig ten Ausführungsbeispiel zugrunde gelegt.

Dafür müssen zwei Datenströme übertragen werden, nämlich ein Datensignal DATA und das zur synchronen Übertragung erforder liche Taktsignal CLK, jedoch nicht bidirektional. Wie in der Darstellung nach Fig. 10 gezeigt, sind zwei Kommunikations strecken vorgesehen, welche jeweils durch einen Übertrager U1 und U2 mit sicherer, galvanischer Trennung GT geschützt sind. Jede Kommunikationsstrecke weist an beiden Enden jeweilige Leitungstreiber LT1a, LT1b und LT2a, LT2b auf (z. B. RS485- Leitungstreiber).

Das DATA-Signal ist zunächst nicht gleichanteilsfrei. Um es dennoch mit einem Übertrager übertragen zu können, wird es erfindungsgemäß zunächst mit dem Taktsignal CLK Exklusiv- Oder- bzw. EXOR-verknüpft. Es resultiert das codierte Daten signal DATA'. Das Taktsignal CLK kann zur Vermeidung unter schiedlicher Lautzeiten mit einem konstanten, binären Wert M wie etwa 'Null' EXOR-verknüpft werden, woraus das Taktsignal CLK' resultiert.

Durch die logische Verknüpfung von Datensignal und Taktsignal ist somit gewährleistet, dass ein gleichanteilsfreies, codier tes Datensignal DATA' über den Übertrager U1 übertragen wer den kann. Das Taktsignal selbst ist stets gleichanteilsfrei.

Danach erfolgt die Übertragung beider Signale DATA' und CLK' über die jeweilige Kommunikationsstrecke mit dem jeweiligen Übertrager U1 und U2 sowie die Rückgewinnung des Original datenstromes DATA durch nochmalige EXOR-Verknüpfung beider, codierter Signale DATA' und CLK'. Zur Rückgewinnung des ur sprünglichen Taktsignals aus CLK' wird dieses erneut mit dem konstanten Binärwert M EXOR-verknüpft.

Selbstverständlich sind weitere Möglichkeiten zur logischen Verknüpfung von Datensignal DATA und Taktsignal CLK möglich, die eine gleichanteilsfreie Übertragung des Datensignals er möglichen. Die vorangehend erläuterte EXOR-Verknüpfung zeich net sich für die Erfindung durch deren besonders einfache und effektive Realisierung aus.

Zur Realisierung einer erfindungsgemäßen Kommunikation für den PROFIBUS-Standard eignet sich ein Aufbau, der im Prinzip der Darstellung nach Fig. 4 entspricht, wobei jedoch anstelle der Optokoppler 01 bis 04 Übertrager mit vorgeschalteten Manchester-Codierern EC_DC entsprechend Fig. 1 eingesetzt wer den. Dadurch entfällt die Begrenzung der Datenrate auf 12 Mbaud, die bisher für den PROFIBUS galt.

Claims

1. Verfahren zur Übertragung eines hochfrequenten, binären Da tenstroms (DATA) über eine, insbesondere bidirektionale Kom munikationsstrecke (K) mit galvanischer Trennung (GT), mit folgenden Verfahrensschritten:

- gleichanteilsfreie Codierung (EC_DC, D1. . .D5, G1) des Da tenstroms (TDATA) auf der Sendeseite durch Erzeugung von künstlichen Signalwechseln durch
- Übertragung von Binärwerten des Datenstroms als definierte Folge von Signalwechseln (DATA', TX, RX) über eine Kommu nikationsstrecke (K) mit mindestens einem elektrischen Ü bertrager (U, U1, U2) und
- Rückgewinnung (EC_DC, D6. . .D12, G2, G3) der ursprünglichen Binärwerte (RDATA) des Datenstroms durch Zuordnung der zu gehörigen Binärwerte zu den auf der Empfangsseite eintref fenden Folgen von Signalwechseln (TX, RX).

2. Verfahren zur Übertragung eines hochfrequenten, binären Da tenstroms (DATA) nach Anspruch 1, wobei:
jedem Binärwert 'Null' die binäre Signalfolge 'Null' und darauffolgend 'Eins' zugeordnet wird und
jedem Binärwert 'Eins' die binäre Signalfolge 'Eins' und darauffolgend 'Null' zugeordnet wird.

3. Verfahren zur Übertragung eines hochfrequenten, binären Da tenstroms (DATA) nach Anspruch 1, wobei:
jedem Binärwert 'Eins' die binäre Signalfolge 'Null' und darauffolgend 'Eins' zugeordnet wird und
jedem Binärwert 'Null' die binäre Signalfolge 'Eins' und darauffolgend 'Null' zugeordnet wird.

4. Verfahren zur Übertragung eines hochfrequenten, binären Da tenstroms (DATA) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine serielle Kommunikationsstrecke (K) zur Übertragung eingesetzt wird.

5. Verfahren zur bidirektionalen Übertragung eines hochfre quenten, binären Datenstroms (DATA) nach Anspruch 4, wobei ei ne Übertragung im Halbduplex-Betrieb erfolgt, indem der An fang jedes Datenstroms auf der Sendeseite mit einem Kennwert, insbesondere mit einem Startbit (S0), zur Identifizierung ei ner Nachricht versehen wird.

6. Verfahren zur bidirektionalen Übertragung eines hochfre quenten, binären Datenstroms (DATA) nach Anspruch 5, wobei ein jeweiliger Kennwert, insbesondere ein Startbit (S0), zum Start der Wiedergewinnung (RDATA) der gleichanteilsfrei co dierten Daten (TDATA) auf der Empfangsseite eingesetzt wird.

7. Verfahren zur synchronen Übertragung eines hochfrequenten, binären Datenstroms mit einem Datensignal (DATA) und einem Taktsignal (CLK) über eine, insbesondere bidirektionale Kom munikationsstrecke mit galvanischer Trennung (GT), insbeson dere nach Anspruch 1, mit folgenden Verfahrensschritten:

- Codierung des Datensignals durch eine logische Verknüpfung von Datensignal (DATA) und Taktsignal (CLK) auf der Sende seite derart, dass ein gleichanteilsfreies, codiertes Da tensignal (DATA') resultiert;
- Übertragung des codierten Datensignals über eine erste Kommunikationsstrecke mit mindestens einem elektrischen Übertrager (U1);
- Übertragung des Taktsignals (CLK) über eine zweite Kommu nikationsstrecke mit mindestens einem elektrischen Ü bertrager (U2), und
- Decodierung des codierten Datensignals (DATA') auf der Empfangsseite durch erneute, logische Verknüpfung von co diertem Datensignal (DATA') und Taktsignal (CLK) derart, dass das ursprüngliche Datensignal (DATA) zurückgewonnen wird.

8. Verfahren zur synchronen Übertragung eines hochfrequenten, binären Datenstroms nach Anspruch 7, mit folgendem, weiterem Verfahrensschritt:

- Codierung und Decodierung des Taktsignals (CLK) mit der selben, logischen Verknüpfung mit einem konstanten Binär wert (M) und Übertragung des codierten Taktsignals (CLK').

9. Verfahren zur synchronen Übertragung eines hochfrequenten, binären Datenstroms nach Anspruch 7 oder 8, mit folgenden, weiteren Verfahrensschritten:

- Codierung des Datensignals durch eine Exklusiv-Oder- Verknüpfung (EXOR) von Datensignal (DATA) und Taktsignal (CLK) auf der Sendeseite;
- Decodierung des codierten Datensignals (DATA') auf der Empfangsseite durch erneute Exklusiv-Oder-Verknüpfung (EXOR) von codiertem Datensignal (DATA') und Taktsignal (CLK).

10. Verfahren zur synchronen Übertragung eines hochfrequenten, binären Datenstroms nach Anspruch 9, mit folgenden, weiteren Verfahrensschritten:

- Exklusiv-Oder-Verknüpfung (EXOR) des Taktsignals (CLK) mit einem konstanten, binären Wert (M), insbesondere mit dem Wert Null, auf der Sendeseite;
- Übertragung des so codierten Taktsignals (CLK') über die zweite Kommunikationsstrecke mit mindestens einem elektri schen Übertrager (U2), und
- erneute Exklusiv-Oder-Verknüpfung (EXOR) von codiertem Taktsignal (CLK') und dem gleichen, konstanten, binären Wert (M), insbesondere mit dem Wert Null, auf der Empfangssei te.

11. Verfahren zur Übertragung eines hochfrequenten, binären Datenstroms nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Übertrager (U, U1, U2) mit einer geringen Koppelkapazität zwischen deren Primärkreis und Sekundärkreis eingesetzt wer den, insbesondere solche mit einer Koppelkapazität kleiner als 1 pF.

12. Verfahren zur Übertragung eines hochfrequenten, binären Datenstroms nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Übertrager (U, U1, U2) mit einer geringen Dämpfung eingesetzt werden.

13. Verfahren zur Übertragung eines hochfrequenten, binären Datenstroms nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Übertrager (U, U1, U2) mit sicherer, elektrischer Trennung bis zu 720 Volt eingesetzt werden.

14. Verbindung eines Leistungsteils für elektrische Antrie be, insbesondere einen Zwischenkreis-Umrichter oder Wechsel richter, mit vergleichsweise hohem Spannungspotential mit ei ner Regelungselektronik mit einem vergleichsweise niedrigeren Spannungspotential zum bidirektionalen Datenaustausch nach dem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche.