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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung,
um einen Zustand eines Empfängers
zu bestimmen, wobei der Zustand des Empfängers insbesondere aussagt,
ob der Empfänger über die Übertragungsleitung
elektrisch mit einem Sender verbunden und empfangsbereit ist.
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Gerade
für einen
Betrieb einer Sendevorrichtung sind bestimmte Informationen über einen
Zustand eines entsprechenden Empfängers der Sendevorrichtung
wichtig. Beispielsweise kann der Betrieb der Sendevorrichtung von
einem Zustand abhängig sein,
welcher davon abhängt,
ob der Empfänger
an der Sendevorrichtung elektrisch angeschlossen ist oder nicht.
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Daher
ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und
eine Vorrichtung bereitzustellen, mit dem der Zustand eines Empfängers bestimmt
werden kann.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch ein Verfahren zur Bestimmung eines Zustandes eines
Empfängers
an einer Übertragungsleitung
nach Anspruch 1 und eine entsprechende ausgestaltete Vorrichtung
nach Anspruch 13 gelöst.
Die abhängigen
Ansprüche
definieren vorteilhafte und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung
eines Zustandes eines Empfängers
an einer Übertragungsleitung
bereitgestellt. Dabei ist der Empfänger über die Übertragungsleitung elektrisch
mit einem Sender verbunden, oder, wenn der Empfänger nicht mit dem Sender elektrisch
verbunden ist, verbleiben parasitäre Impedanzen als Last für den Sender.
Um den Zustand des Empfängers
zu bestimmen, wird erfindungsgemäß eine vorbestimmte
Impedanz zwischen der Übertragungsleitung
und dem Sender angeordnet, so dass ein Strom, welcher von dem Sender
zu dem Empfänger
(oder den parasitären
Impedanzen) fließt,
durch diese vorbestimmte Impedanz bzw. Referenzimpedanz fließt. An einem
Schaltungspunkt auf der Übertragungsleitung
zwischen der Referenzimpedanz und dem Empfänger (oder den parasitären Impedanzen)
wird eine Spannung ausgewertet, welche über dem Empfänger (oder
den parasitären
Impedanzen) abfällt.
Abhängig
von dieser Spannung wird der Zustand des Empfängers bestimmt.
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Es
sei daraufhingewiesen, dass bei der vorliegenden Erfindung auch
ein Zustand bestimmt werden kann, dass der Empfänger nicht mit dem Sender und
damit mit dem Schaltungspunkt verbunden ist. In diesem Fall kann
sich der Schaltungspunkt natürlich trotzdem
zwischen der Referenzimpedanz und dem nicht angeschlossenen Empfänger vorgestellt
werden, so dass der Schaltungspunkt in diesem Fall einen Ausgang
des Senders darstellt, welcher nur mit den parasitären Impedanzen
verbunden ist.
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Indem
zur Bestimmung des Zustands des Empfängers nur die über diesem
Empfänger
(oder den parasitären
Impedanzen) abfallende Spannung ausgewertet wird, ist das erfindungsgemäße Verfahren
sehr einfach gehalten und kann daher vorteilhafter Weise in einer
mikroelektronischen Schaltung ausgeführt werden, ohne beispielsweise
externe Komponenten (Komponenten, welche nicht innerhalb der mikroelektronischen
Schaltung realisiert sind) verwenden zu müssen.
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Die über dem
Empfänger
abfallende Spannung kann dabei mittels eines elektrischen Stroms erzeugt
werden, welcher eine vorbestimmte Frequenz besitzt und durch eine
aus der Referenzimpedanz und einer Impedanz, welche der angeschlossene
oder nicht angeschlossene Empfänger
ausbildet, bestehenden Reihenschaltung fließt.
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Erfindungsgemäß wird ausgenutzt,
dass sich abhängig
von dem Zustand des Empfängers
die Impedanz verändert,
welche der Empfänger
ausbildet. Indem dann beispielsweise von dem Sender der Strom durch
die Referenzimpedanz zu dem Empfänger
gesendet wird, wird dann durch die Auswertung der Spannung die Impedanz
bestimmt und damit der Zustand des Empfängers bestimmt. Wenn der Empfänger nicht
an dem Sender angeschlossen ist, weist die Impedanz, welche von
dem Sender aus gesehen wird, natürlich
einen wesentlich anderen Wert auf, als wenn der Empfänger an
dem Sender angeschlossen ist. Für
den Fall, dass der Empfänger
nicht elektrisch mit dem Sender verbunden ist, wird die Impedanz, welche
von dem Sender aus gesehen wird oder welche der Empfänger für den Sender
ausbildet, durch die oben bereits erwähnten parasitären Impedanzen gebildet,
so dass der Strom in diesem Fall über diese parasitären Impedanzen
fließt
und dadurch die an dem Schaltungspunkt gemessene Spannung ausbildet.
Durch eine Wahl der vorbestimmten Frequenz des Stroms gewinnt man
vorteilhafter Weise einen Parameter, mit welchem man die Spannung
abhängig
von der Impedanz beeinflussen kann.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform
wird der Strom in Form eines Rechtecksignals ausgebildet.
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Der
Vorteil des Rechtecksignals liegt in seiner einfachen Erzeugung
mittels einer mikroelektronischen Schaltung. Ein Rechtecksignal
kann beispielsweise bereits erzeugt werden, indem ein Schalter periodisch
geöffnet
und geschlossen wird. Demgegenüber
ist es wesentlich aufwändiger
beispielsweise einen sinusförmigen
Stromverlauf mittels einer mikroelektronischen Schaltung zu erzeugen.
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Zur
Auswertung der Spannung über
dem Empfänger
bzw. über
den parasitären
Impedanzen wird insbesondere eine Amplitude der Spannung ausgewertet.
Diese Auswertung der Amplitude soll dabei eine Auswertung hinsichtlich
eines Effektivwertes der Spannung umfassen. Dabei kann die Auswertung
der Amplitude oder besser eines Amplitudenverlaufes der Spannung
auch mehrere Messungen der Spannung umfassen. Dies ist z. B. notwendig,
wenn überprüft werden
soll, ob die Wechselspannung mit ihrem Maximalwert noch eine Referenzspannung übersteigt
oder nicht, da die Spannung, auch wenn ihr Maximalwert den Referenzwert übersteigt,
beispielsweise bei einem Nulldurchgang des Amplitudenverlaufes periodisch
unterhalb des Referenzwertes liegt. Anders ausgedrückt würde ein
Ausgang eines Komparators, welcher die Spannung mit einem Gleichspannungs-Referenzwert
vergleicht, in einem Fall, in welchem der Maximalwert der Spannung oberhalb
des Referenzwertes liegt, ständig
seinen Wert ändern,
während
der Ausgang in einem Fall, in welchem der Maximalwert der Spannung
nicht oberhalb des Referenzwertes liegt, seinen Wert beibehalten
würde.
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Die
Auswertung der Amplitude der Wechselspannung, welche durch den Strom
der vorbestimmten Frequenz erzeugt wird, kann vorteilhafterweise einfach
durch bekannte Verfahren ausgeführt
werden und ist wesentlich einfacher, als beispielsweise den zeitlichen
Verlauf der Wechselspannung auswerten zu müssen.
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Erfindungsgemäß kann der
Zustand des Empfängers
auch dadurch bestimmt werden, indem die Spannung an dem Schaltungspunkt
mehrfach ausgewertet wird, wobei der Strom, welcher in Richtung
des Empfängers
fließt,
bei jeder Auswertung eine andere vorbestimmte Frequenz besitzt.
Dabei wird bei jeder Auswertung die Amplitude der Spannung an dem
Schaltungspunkt und damit über
dem Empfänger
bzw. über
den parasitären
Impedanzen ausgewertet.
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Indem
mehrere Auswertungen durchgeführt werden,
kann vorteilhafterweise auch zwischen Zuständen unterschieden werden,
welche beispielsweise bei nur einer Auswertung bei einer vorbestimmten Frequenz
nur schwer zu unterscheiden wären.
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Bei
einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform
wird der Strom durch eine weitere Spannung erzeugt, welche auch
eine vorbestimmte Frequenz aufweisen kann, um dadurch den Strom mit
der vorbestimmten Frequenz zu erzeugen. Dabei ist der Empfänger zwischen
einem ersten Schaltungspunkt und einem zweiten Schaltungspunkt angeordnet,
wenn er mit dem Sender elektrisch verbunden ist, und sonst sind
zwischen dem ersten Schaltungspunkt und dem zweiten Schaltungspunkt
die parasitären
Impedanzen vorhanden. Dabei entspricht der zweite Schaltungspunkt
dem oben genannten Schaltungspunkt. Zwischen einem dritten Schaltungspunkt
und dem zweiten Schaltungspunkt liegt die Referenzimpedanz und die
Spannung wird zwischen dem zweiten Schaltungspunkt und dem ersten
Schaltungspunkt abhängig
von der weiteren Spannung ausgewertet, welche zwischen dem dritten
Schaltungspunkt und dem ersten Schaltungspunkt anliegt.
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Dabei
wird erfindungsgemäß das Konzept des
Spannungsteilers, welcher aus der Referenzimpedanz und der ausgangsseitig
zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltungspunkt zu messenden Impedanz
besteht, angewendet, um den Zustand des Empfängers zu bestimmen.
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Erfindungsgemäß kann aus
dem Zustand des Empfängers
ermittelt werden, ob der Empfänger über die Übertragungsleitung
elektrisch mit dem Sender verbunden und aktiviert bzw. eingeschaltet
ist oder nicht. Dabei wird durch die Auswertung der Spannung über dem
Empfänger
(wenn der Empfänger
angeschlossen ist) oder über
den parasitären
Impedanzen (wenn der Empfänger
nicht angeschlossen ist) zwischen einem ersten Impedanzwert, welcher
vorliegt, wenn der Empfänger
angeschlossen und aktiviert ist, und einem zweiten Impedanzwert, welcher
vorliegt, wenn der Empfänger
entweder nicht angeschlossen oder nicht aktiviert ist, unterschieden. Mit
anderen Worten entspricht der erste Impedanzwert im Wesentlichen
der Impedanz des aktivierten Empfängers und der zweite Impedanzwert
im Wesentlichen der Impedanz des deaktivierten Empfängers oder
den parasitären
Impedanzen.
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Des
Weiteren kann erfindungsgemäß aus dem
Zustand des Empfängers
ermittelt werden, ob der Empfänger
ausgeschaltet bzw. deaktiviert ist oder ob er nicht verbunden ist.
Dabei wird wiederum durch die Auswertung der Spannung über dem
Empfänger
zwischen zwei Impedanzwerten unterschieden, wobei der eine Impedanzwert
der Impedanz des deaktivierten, aber verbundenen Empfängers und der
andere Impedanzwert der Impedanz des nicht verbundenen Empfängers entspricht.
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Daher
ist es vorteilhafter Weise möglich, durch
eine relativ einfache Auswertung der Spannung zwischen folgenden
für den
Betrieb des Senders wichtigen Zuständen zu unterscheiden:
- – Der
Empfänger
ist nicht mit dem Sender elektrisch verbunden.
- – Der
Empfänger
ist mit dem Sender elektrisch verbunden und eingeschaltet.
- – Der
Empfänger
ist mit dem Sender elektrisch verbunden, aber nicht eingeschaltet.
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Insbesondere
ist damit erfindungsgemäß eine senderseitige Überprüfung möglich, ob
am anderen (vom Sender aus ausgangsseitigen) Ende eines Kabels ein
betriebsbereiter Empfänger
vorhanden ist.
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Um
zwischen zwei vorbestimmten Impedanzwerten optimal unterscheiden
zu können,
kann vorteilhafterweise die vorbestimmte Frequenz und/oder die Referenzimpedanz
derart gewählt
werden, so dass die Unterscheidung durch die Auswertung der Spannung
optimal ist.
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Wenn
beispielsweise bekannt ist, welcher Impedanzwert zwischen dem ersten
und dem zweiten Schaltungspunkt gemessen wird, wenn der Empfänger elektrisch
mit dem Sender verbunden und aktiviert ist, und welcher Impedanzwert
zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltungspunkt gemessen wird,
wenn der Empfänger
entweder nicht elektrisch mit dem Sender verbunden oder deaktiviert
ist, kann die vorbestimmte Frequenz und/oder die Referenzimpedanz
derart gewählt
werden, so dass sich die zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltungspunkt
gemessene Spannung deutlich abhängig
davon, ob der Empfänger
elektrisch mit dem Sender verbunden und aktiviert ist oder ob dies
nicht der Fall ist, unterscheidet.
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Wenn
die Spannung über
die Amplitude ausgewertet wird, können die vorbestimmte Frequenz und/oder
die Referenzimpedanz derart gewählt
werden, dass eine Differenz zwischen einer ersten Amplitude, welche
gemessen wird, wenn die Impedanz zwischen dem ersten und dem zweiten
Schaltungspunkt einen ersten Impedanzwert aufweist, und einer zweiten
Amplitude, welche gemessen wird, wenn die Impedanz zwischen dem
ersten und dem zweiten Schaltungspunkt einen zweiten Impedanzwert
aufweist, maximal groß ist.
Dies ist demnach eine Möglichkeit,
um die Referenzimpedanz und/oder die vorbestimmte Frequenz derart
zu wählen,
dass zwischen zwei Impedanzwerten optimal zu unterscheiden ist.
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Wenn
eine Differenz zwischen der ersten Amplitude und der zweiten Amplitude
möglichst
groß ist,
ist die Unterscheidung zwischen diesen beiden Amplituden einfach
und kann mit einfachen Mitteln, beispielsweise mit einem Komparator,
ausgeführt werden.
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Über die
Bestimmung des Zustands des Empfängers
können
auch bestimmte Eigenschaften des Empfängers erfasst werden. Diese
Eigenschaften können
dabei auf eine Alterung des Empfängers, eine
Korrosion des Empfängers,
eine Veränderung aufgrund einer Überlastung
im Betrieb und/oder eine Verschmutzung des Empfängers zurückgeführt werden.
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Damit
stellt die vorliegende Erfindung auch ein einfaches Verfahren bereit,
um bestimmte Eigenschaften des Empfängers zu erfassen.
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine Vorrichtung zur
Bestimmung eines Zustandes eines Empfängers bereitgestellt. Dabei
ist der Empfänger,
wenn er mit der Vorrichtung verbunden ist, über eine Übertragungsleitung mit einem
Sender elektrisch verbunden. Eine Referenzimpedanz der Vorrichtung
ist auf der Übertragungsleitung
zwischen dem Sender und dem Empfänger
(oder parasitären Impedanzen,
wenn der Empfänger
nicht verbunden ist) angeordnet. Zur Bestimmung des Zustandes des Empfängers, was
auch einen Zustand umfasst, dass der Empfänger nicht mit der Vorrichtung
elektrisch verbunden ist, wertet die Vorrichtung eine Spannung an
einem Schaltungspunkt aus, welcher zwischen der Referenzimpedanz
und dem Empfänger
(bzw. parasitären
Impedanzen, wenn der Empfänger
nicht elektrisch mit der Vorrichtung verbunden ist) angeordnet ist.
Abhängig
von dieser Auswertung bestimmt die Vorrichtung dann den Zustand
des Empfängers.
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Die
Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung
entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens,
weshalb sie hier nicht wiederholt werden.
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Bei
einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
umfasst die Vorrichtung eine Stromerzeugungsvorrichtung und eine
Spannungsausgabe, welche eine Spannung einer vorbestimmten Frequenz
ausgibt und eingangsseitig mit der Stromerzeugungsvorrichtung elektrisch
verbunden ist. Die Stromerzeugungsvorrichtung ist dabei durch eine
Reihenschaltung aus einem Verstärker
und der Referenzimpedanz aufgebaut. Daher verstärkt die Stromerzeugungsvorrichtung
die Spannung der vorbestimmten Frequenz, welche ihm durch die Spannungsausgabe bereitgestellt
wird, und erzeugt durch diese verstärkte Spannung den Strom.
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Diese
Ausführungsform
beschreibt eine sehr einfache erfindungsgemäße Vorrichtung, um einen Strom
einer vorbestimmten Frequenz durch den Empfänger oder die parasitären Impedanzen
fließen zu
lassen, um dann die Spannung über
dem Empfänger
oder den parasitären
Impedanzen auszuwerten und dadurch den Zustand des Empfängers zu
bestimmen. Die Referenzimpedanz kann im Übrigen derart gewählt werden,
dass der Strom bei der Bestimmung des Zustands minimal ist, so dass
ein Energieverbrauch während
der Bestimmung minimal ist.
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Insbesondere
kann der Empfänger
zwischen einem ersten Schaltungspunkt und einem zweiten Schaltungspunkt
der Vorrichtung angeordnet sein, so dass der zweite Schaltungspunkt
dem oben genannten Schaltungspunkt entspricht. Dabei erzeugt die Stromerzeugungsvorrichtung
derart den elektrischen Strom, dass er durch die Referenzimpedanz
und den Empfänger,
wenn dieser angeschlossen ist und sonst durch die parasitären Impedanzen,
strömt.
Die Vorrichtung umfasst dabei eine Spannungsauswerteschaltung, welcher
die Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltungspunkt
zugeführt
wird und welche diese Spannung auswertet. Die Vorrichtung bestimmt
dabei abhängig
von der Auswertung der Spannungsauswerteschaltung den Zustand des Empfängers.
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Die
Vorrichtung kann auch eine Steuerung umfassen, welche in der Lage
ist, die Stromerzeugungsvorrichtung derart anzusteuern, dass die Stromerzeugungsvorrichtung
entweder abgeschaltet bzw. hochohmig ist, oder den elektrischen
Strom erzeugt.
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Indem
die Stromerzeugungsvorrichtung auch hochohmig geschaltet werden
kann, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zusammen
mit einer Sendevorrichtung betrieben werden, wobei die Sendevorrichtung
und die erfindungsgemäße Vorrichtung über die Übertragungsleitung
mit dem Empfänger
(wenn dieser vorhanden ist) verbunden sind. Beispielsweise nach
einer Bestimmung des Zustands des Empfängers wird dann die erfindungsgemäße Vorrichtung
hochohmig geschaltet und die Sendevorrichtung beginnt mit ihrem
Betrieb, wenn durch die erfindungsgemäße Vorrichtung bestimmt wurde,
dass der Empfänger
angeschlossen ist.
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Die
Steuerung kann auch derart ausgestaltet sein, dass sie den Zustand
des Empfängers
bestimmt. Dazu wird ein Ausgang der Spannungsauswerteschaltung mit
einem Eingang der Steuerung verbunden und die Steuerung bestimmt
den Zustand des Empfängers
abhängig
von einem Wert dieses Ausgangs oder abhängig von mehreren dieser Werte,
wenn mehrere Auswertungen durchgeführt werden.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform kann
die Steuerung die Spannungsausgabe derart ansteuern, dass die Steuerung
die vorbestimmte Frequenz vorgibt, welche die von der Spannungsausgabe
ausgegebene Spannung aufweist. Die Steuerung steuert dabei die Spannungsausgabe
derart an, dass mehrere Spannungen mit jeweils einer vorbestimmten
Frequenz eingestellt werden. Für
jede dieser Spannungen speichert die Steuerung den Wert des Ausgangs
der Spannungsauswerteschaltung ab und bestimmt, nachdem alle Werte
für alle
vorbestimmten Frequenzen vorliegen, abhängig von diesen Werten den
Zustand des Empfängers.
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Die
Spannungsauswerteschaltung kann beispielsweise ein Komparator sein,
welcher die Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltungspunkt
mit einer vorbestimmten Referenzspannung vergleicht. Dabei kann
der Komparator derart ausgestaltet sein, dass er den aktuellen Spannungswert
mit einem Referenzwert vergleicht oder dass er einen Effektivwert
der Spannung mit einem Referenzeffektivwert vergleicht.
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Wenn
beispielsweise entschieden werden soll, welcher von zwei Zuständen vorliegt,
wird die Referenzspannung vorteilhafter Weise derart gewählt, dass
sie genau zwischen den beiden Spannungen (z. B. Spannungsamplituden)
liegt, welche bei dem einen und dem anderen der beiden Zustände gemessen
werden. Damit ist eine einfache Spannungsauswerteschaltung realisiert,
welche in einfacher Weise in einer mikroelektronischen Schaltung aufgebaut
werden kann.
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine Schaltung bereitgestellt,
welche eine Treiberstufe und eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung
des Zustands des Empfängers
umfasst. Dabei ist sowohl die Treiberstufe als auch die erfindungsgemäße Vorrichtung
mit dem Empfänger, wenn
er angeschlossen ist und sonst mit den parasitären Impedanzen, verbunden.
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Die
Schaltung ist durch die erfindungsgemäße Vorrichtung in der Lage,
den Zustand des Empfängers
zu bestimmen, was auch einen Zustand umfasst, dass der Empfänger nicht
mit der Schaltung verbunden ist. Dadurch kann die Treiberstufe vorteilhafterweise
abhängig
von diesem Zustand betrieben werden.
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Insbesondere
schaltet die erfindungsgemäße Schaltung
die Treiberstufe hochohmig bzw. ab, wenn die Vorrichtung betrieben
wird, und die Stromerzeugungsvorrichtung bzw. Vorrichtung hochohmig bzw.
ab, wenn die Treiberstufe betrieben wird.
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Dadurch
ist erfindungsgemäß gewährleistet, dass
sich die Treiberstufe und die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht gegenseitig
stören.
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Sollte
die Treiberstufe eine Funktionalität der erfindungsgemäßen Vorrichtung
umfassen, also in der Lage sein, den Innenwiderstand zu verändern und
den Strom mit der vorbestimmten Frequenz zu erzeugen, dann kann
bei der erfindungsgemäßen Schaltung
die erfindungsgemäße Vorrichtung
entfallen, da ihre Funktion dann von der Treiberstufe übernommen
wird.
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Unter
einem Empfänger
wird bei der vorliegenden Erfindung irgendeine Vorrichtung verstanden,
welche einen elektrischen Strom aufnimmt. Beispiele für eine solche
Vorrichtung sind ein Sensor, eine Sendevorrichtung und eine Empfangsvorrichtung.
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Die
vorliegende Erfindung ist überall
dort von Interesse, wo in einem System Impedanzen, welche Gleichstrom-gekoppelt
sind oder nicht, geprüft
werden sollen, um aus dieser Prüfung
auf bestimmte Systemeigenschaften zu schließen. Insbesondere kann die
vorliegende Erfindung eingesetzt werden, um bestimmte Schnittstellenspezifikationen
(z. B. PCI Express) zu realisieren, ohne dass dazu externe Bauelemente
(außerhalb
einer mikroelektronischen Schaltung) notwendig sind. Die vorliegende
Erfindung ist allerdings nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsbereich
beschränkt,
sondern kann beispielsweise auch bei der Automobiltechnik und bei
einer Industrieelektronik eingesetzt werden, um bestimmte Eigenschaften
(Alterung, Korrosion, usw.) beispielsweise von Sensoren und Aktuatoren
zu bestimmen.
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Die
vorliegende Erfindung weist dabei eine hohe Störungssicherheit und auch ein
gutes Unterscheidungsvermögen
zwischen verschiedenen Impedanzen beispielsweise gegenüber Verfahren
auf, welche Spannungen im Zeitbereich unterscheiden.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend näher unter Bezugnahme auf die
beigefügte
Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele erläutert.
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1 stellt
schematisch dar, wie erfindungsgemäß ein Zustand eines Empfängers mittels
eines Spannungsteilers bestimmt wird.
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2 stellt
eine erfindungsgemäße Ausführungsform
einer Schaltung mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung
eines Zustandes eines Empfängers
dar.
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3 stellt drei wichtige Zustände eines
angeschlossenen bzw. nicht angeschlossenen Empfängers dar.
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4 stellt
einen frequenzabhängigen
Verlauf einer Spannung für
die drei in 3 dargestellten Zustände dar.
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5 stellt
einen zeitlichen Verlauf der Spannung für die in 3 dargestellten
Zustände
bei rechteckförmiger
Anregung dar.
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In 1 ist
schematisch dargestellt, wie ein Zustand eines Empfängers 2 mittels
eines Spannungsteilers bestimmt werden kann. Dabei wird ausgenutzt,
dass der Zustand des Empfängers 2 auch eine
Impedanz verändert,
welche zwischen einem ersten Schaltungspunkt 21 und einem
zweiten Schaltungspunkt 22 gemessen wird. Wenn an einem Spannungsteiler,
welcher sich aus einem Innenwiderstand 7 einer Stromerzeugungsvorrichtung 3 und der
Impedanz 2 zusammensetzt, zwischen einem dritten Schaltungspunkt 23 und
dem ersten Schaltungspunkt 21 (Masse) eine Eingangsspannung 15 angelegt
wird, verändert
sich eine Spannung 12 zwischen dem zweiten Schaltungspunkt 22 und
dem ersten Schaltungspunkt 21, welche im Wesentlichen über dem
Empfänger 2 bzw.
der von der Stromerzeugungsvorrichtung 3 ausgangsseitigen
gesehenen Impedanz abfällt.
Die Eingangsspannung 15 wird dabei mit einer vorbestimmten
Frequenz 13 von einer Spannungsquelle der Stromerzeugungsvorrichtung 3 ausgegeben.
Daher kann über
eine Auswertung der Spannung 12 die Impedanz und damit
ein Zustand des Empfängers 2 bestimmt
werden.
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In 2 ist
eine erfindungsgemäße Schaltung 10 dargestellt.
Diese Schaltung 10 umfasst eine Treiberstufe 6 und
eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur
Bestimmung des Zustands des Empfängers 2.
Wie bei der 1 ist der Empfänger 2,
wenn er mit der Schaltung 10 verbunden ist, über den
zweiten Schaltungspunkt 22 elektrisch mit der Schaltung 10 verbunden
und über
den ersten Schaltungspunkt 21 mit Masse verbunden. Dabei
ist in einem Normalbetrieb der Schaltung 10 die Vorrichtung 1 und
bei einer Bestimmung des Zustands die Treiberstufe 6 hochohmig
geschaltet
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung 1 umfasst
eine Stromerzeugungsvorrichtung 3, einen Komparator 4 und
eine Steuerung 5 mit einer Spannungsausgabe. Der Steuerung 5 sind
ein Ausgang des Komparators 4, ein Steuersignal und ein
Takt zugeführt.
Die Steuerung 5 gibt eine Spannung mit einer vorbestimmten
Frequenz 13, welche von dem Takt abgeleitet ist, und ein
Steuersignal an die Stromerzeugungsvorrichtung 3 aus und
informiert über
ein weiteres Ausgangssignal über
den bestimmten Zustand des Empfängers 2.
Die Stromerzeugungsvorrichtung 3, welcher eine Reihenschaltung
aus einem Verstärker 25 und
einem Innenwiderstand 7 umfasst, verstärkt die eingangsseitig anliegende
Spannung mit der vorbestimmten Frequenz 13 mittels des
Verstärker 25,
so dass die von dem Verstärker 25 ausgegebene
Spannung zwischen einem dritten Schaltungspunkt 23 und
Masse bzw. dem ersten Schaltungspunkt 21 anliegt. Mit dem
Steuersignal kann die Steuerung 5 den Verstärker 25 hochohmig
schalten. Der zweite Schaltungspunkt 22 ist mit einem Eingang des
Komparators 4 verbunden und ein zweiter Eingang des Komparators 4 ist
mit einer Referenzspannung 19 beaufschlagt. Schließlich ist
auch die Treiberstufe 6 ausgangsseitig mit dem zweiten
Schaltungspunkt 22 verbunden.
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Durch
die von dem Verstärker 25 ausgegebene
Spannung wird ein Strom 11 erzeugt, welcher sowohl durch
den Innenwiderstand 7 als auch durch eine Impedanz 2 fließt, welche
im Wesentlichen dem Empfänger 2 entspricht,
wenn der Empfänger 2 mit der
Schaltung 10 verbunden ist, und welche parasitären Impedanzen
entspricht, wenn der Empfänger 2 nicht
mit der Schaltung 10 verbunden ist. Ein Potenzial des zweiten
Schaltungspunkts 22 bzw. eine Spannung zwischen dem zweiten
Schaltungspunkt 22 und Masse 21 entspricht somit
der Spannung 12, welche durch den Strom 11 über der
Impedanz 2 erzeugt wird. Indem diese Spannung 12 mit
der Referenzspannung 19 verglichen wird, kann bei einer
vorbestimmten Frequenz 13 der von dem Verstärker 25 ausgegebenen
Spannung und damit von dem Strom 11 zwischen zwei Impedanzwerten
der Impedanz 2 und damit zwischen zwei Zuständen unterschieden werden.
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Es
sollte angemerkt werden, dass mit dem Bezugszeichen 2 bei
der vorliegenden Anmeldung entweder der Empfänger oder die Impedanz bezeichnet,
welche einer Lastimpedanz entspricht, die von der Schaltung 10 her
gesehen zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltungspunkt 21, 22 liegt.
Dies ist dadurch begründet,
dass die Impedanz im Wesentlichen von dem Empfänger gebildet wird, wenn der
Empfänger
mit der Schaltung 10 verbunden ist.
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3 stellt drei verschiedene Zustände dar, welche
mit der in 2 dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 bestimmt
werden können
oder zwischen welchen mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 unterschieden
werden kann.
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Dabei
ist in 3a) mit einem Bezugszeichen 16 eine
Ersatzschaltung für
einen Empfänger 2 dargestellt,
welcher elektrisch mit dem zweiten Schaltungspunkt 22 verbunden
ist und welcher eingeschaltet ist. Diese Ersatzschaltung 16 besteht
dabei aus einem ersten Widerstand 30, welcher über einen
Koppelkondensator 28, der bei dem vorab Stehenden vernachlässigt worden
ist, mit dem zweiten Schaltungspunkt 22 verbunden ist.
Auf der anderen Seite ist der erste Widerstand 30 mit einem
zweiten Widerstand 31, welcher mit seiner anderen Seite
mit Masse 21 verbunden ist, und mit einem dritten Widerstand 30,
welcher über
eine parasitäre
Impedanz 29 mit Masse 21 verbunden ist, verbunden.
Schließlich ist
noch eine weitere parasitäre
Impedanz 29 zwischen dem ersten Widerstand 30 und
Masse 21 vorhanden. Mit dem Pfeil 2 auf der linken
Seite soll angezeigt werden, dass diese Ersatzschaltung 16 zusammen
mit der Koppelkapazität 28 und
der weiteren parasitären
Impedanz 29 eine Impedanz 2 ausbildet, welche
von der in 2 dargestellten Schaltung 10 bzw.
Vorrichtung 1 zwischen dem ersten Schaltungspunkt 21 und
dem zweiten Schaltungspunkt 22 gesehen wird und im Wesentlichen
von dem Empfänger 2 gebildet
wird.
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In 3b)
ist mit einem Bezugszeichen 17 eine Ersatzschaltung für einen
Empfänger
dargestellt, welcher elektrisch mit dem zweiten Schaltungspunkt 22 verbunden
ist, wobei der Empfänger
aber nicht eingeschaltet ist, weshalb der Widerstandwert des zweiten
Widerstandes 31 im Vergleich zu der Ersatzschaltung 16 entsprechend
geändert
ist, wobei ansonsten die Ersatzschaltung 17 in 3b)
der Ersatzschaltung 16 in 3a) entspricht.
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In 3c)
ist ein Zustand bzw. Fall dargestellt, dass der Empfänger 2 nicht
elektrisch mit dem Schaltungspunkt 22 oder mit der Schaltung 10 bzw. Vorrichtung 1 verbunden
ist. In diesem Fall wird die Impedanz 2 zwischen dem ersten
Schaltungspunkt 21 und dem zweiten Schaltungspunkt 22 nur
durch die Koppelkapazität 28 und
die weitere parasitäre
Impedanz 29 gebildet.
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4 stellt
einen Graphen dar, welcher einen frequenzabhängigen Verlauf der Spannung 12 für die in
der 3 dargestellten Zustände 16, 17 und 24 darstellt,
wenn der Innenwiderstand 7 mit 2kΩ gewählt wird. Man erkennt, dass
bei hohen und bei niedrigen Frequenzen Unterschiede zwischen einem ersten
Zustand "Empfänger ist
angeschlossen und eingeschaltet" 16 und
einem zweiten Zustand "Empfänger ist entweder
nicht angeschlossen oder nicht eingeschaltet" 17, 24 gering sind,
so dass man diese beiden Zustände
schlecht unterscheiden kann. In einem Frequenzbereich von circa
10 kHz bis 10 MHz ist der Unterschied jedoch deutlich. Bei circa
1 MHz beträgt
die Spannung 12 am zweiten Schaltungspunkt 22 im
ersten Zustand 16 nur ungefähr 1/20 der Spannung 12 bei
dem zweiten Zustand 17, 24. Um also zwischen diesen
beiden Zuständen 16 und 17, 24 unterscheiden
zu können,
wird man die vorbestimmte Frequenz also in den Frequenzbereich von 10
kHz bis 10 MHz legen.
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Um
die vorbestimmte Frequenz 13 zu ermitteln, welche zur Unterscheidung
des ersten Zustands 16 und des zweiten Zustands 17, 24 optimal
ist, wird der in 4 dargestellte Spannungsverlauf
dahingehend untersucht, bei welcher Frequenz 13 sich eine erste
Spannungsamplitude 26 der Spannung bei dem ersten Zustand 16 maximal
von einer zweiten Spannungsamplitude 27 bei dem zweiten
Zustand 17, 24 unterscheidet. Die derart ermittelte
Frequenz ist dann die vorbestimmte Frequenz 13, welche
zur Unterscheidung des ersten Zustand 16 und zweiten Zustand 17, 24 optimal
ist.
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Dagegen
wäre unter
den vorab beschriebenen Voraussetzungen zur Unterscheidung eines
Zustandes "Empfänger ist
angeschlossen, aber nicht eingeschaltet" 17 und einem Zustand "Empfänger ist nicht
angeschlossen" 24 ein
Frequenzbereich von 10 MHz bis 1 GHz und insbesondere ein Frequenzbereich
um 100 MHz vorteilhaft, da hier ein Spannungsunterschied zwischen
den beiden Zuständen
bei ungefähr
Faktor 2 liegt.
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Um
also zu bestimmen, welcher der drei in 3 dargestellten
Zustände 16, 17, 24 vorliegt
würde die
in 2 dargestellte Vorrichtung 1 beispielsweise
zwei Auswertungen durchführen,
wobei bei der ersten Auswertung die vorbestimmte Frequenz 13 auf
1 MHz und bei der zweiten Auswertung die vorbestimmte Frequenz 13 auf
100 MHz eingestellt werden würde.
Abhängig
von den beiden Ausgaben des Komparators 4 für diese
beiden Auswertungen würde dann
die Steuerung 5 ausgeben, welcher der drei Zustände 16, 17, 24 durch
die Vorrichtung 1 bestimmt ist.
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Darüber hinaus
kann eine Bestimmung, welcher der drei in 3 dargestellten
Zustände 16, 17, 24 vorliegt,
auch durch zwei Auswertungen vorgenommen werden, wobei jeweils dieselbe
vorbestimmte Frequenz von 100 MHz eingestellt wird. Um dann zwischen
den drei Zuständen 16, 17, 24 unterscheiden
zu können,
muss bei den beiden Auswertungen die Referenzspannung 19 unterschiedlich
gewählt
werden, so dass bei der einen Auswertung zwischen dem Zustand 26 und
den Zuständen 17, 24 und
bei der anderen Auswertung zwischen den Zuständen 17, 26 und
dem Zustand 24 unterschieden werden kann. Abhängig von
den beiden Ausgaben des Komparators 4 für diese beiden Auswertungen kann
dann die Steuerung 5 ausgeben, welcher der drei Zustände 16, 17, 24 durch
die Vorrichtung 1 bestimmt ist.
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5 stellt
den zeitlichen Verlauf der Spannung 12 für den ersten
Zustand 16 (durchgezogene Linie) und den zweiten Zustand 17, 24 (gestrichelte Linie)
dar, wenn die Spannung 15 rechteckförmig mit einer Grundfrequenz
von 10 kHz eingeschaltet wird. Man erkennt, dass sich die Spannungsamplitude beim
zweiten Zustand 17, 24 quasi nicht verändert, während sich
bei dem ersten Zustand 16, 16' nach einem Einschwingvorgang ein
Mittelwert der Spannungsamplitude einstellt, welcher der Hälfte der Spannungsamplitude
bei dem zweiten Zustand 17, 24 entspricht. Dabei
zeigt die mit dem Bezugszeichen 16 bezeichnete Kurve einen
Fall, bei welchem der rechteckförmige
Strom 11 mit einer fallenden Flanke beginnt, während die
mit dem Bezugszeichen 16' bezeichnete
Kurve einen Fall repräsentiert,
bei welchem der rechteckförmige
Strom 11 mit einer steigenden Flanke beginnt. Anders ausgedrückt repräsentiert
die mit 16 bezeichnete Kurve eine Taktung, welche zu einer
Taktung der mit 16' bezeichneten Kurve
invertiert ist.
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Bei
einer geeigneten Wahl der Referenzspannung 19 schaltet
der Komparator 4 (siehe 2), sofern
der Komparator 4 auf einen Spannungswert und keinen Effektivwert
reagiert, nach einem Abklingen des Einschwingvorgangs bei dem ersten
Zustand 16, 16' nicht
mehr während
der Komparator 4 im Gegensatz dazu bei dem zweiten Zustand 17, 24 ständig weiter
schalten würde.
Dieser Unterschied wird durch die Steuerung 5 ausgewertet, so
dass die Steuerung 5 an ihrem entsprechenden Ausgang zwischen
dem ersten Zustand 16, 16' und dem zweiten Zustand 17, 24 unterscheiden
kann, wodurch festgestellt werden kann, ob eine betriebsbereite
Empfangsseite vorhanden ist oder nicht.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist im Vergleich zu einem Verfahren, welches zur Bestimmung des
Zustandes einen zeitlichen Verlauf der Spannung auswertet, robuster,
da nur Amplituden gemessen werden und es nicht auf Zeitkonstanten
ankommt. Dadurch werden erfindungsgemäß Störungen durch eine Mittelwertbildung
unterdrückt,
wodurch das erfindungsgemäße Verfahren
gegenüber Störungen unempfindlicher
ist, während
die gleichen Störungen
bei dem im Zeitbereich arbeitenden Verfahren zu Fehlinterpretationen
führen
würden.
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Es
ist selbstverständlich
erfindungsgemäß auch möglich den
Strom 11 sinusförmig
mit einer genau bekannten Frequenz 13 zu erzeugen. Mit
einem sinusförmige
in Strom 11 können
auch Fälle
bzw. Impedanzen 2 unterschieden werden, welche von dem im
Zeitbereich arbeitenden Verfahren nahezu nicht unterschieden werden
können.
Dies gilt insbesondere dann, wenn die Impedanz 2 auch induktive
Anteile aufweist, durch welche es im Zeitbereich zu Oszillationen
kommt.
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Darüber hinaus
ist es erfindungsgemäß möglich, über entsprechend
zahlreiche Auswertungen, welche mit einem bestimmten Frequenzabstand bei
entsprechend vielen unterschiedlichen vorbestimmten Frequenzen in
einem Frequenzbereich durchgeführt
werden, Stützpunkte
eines Amplituden-Frequenzgangs der Spannung 12 zu ermitteln und
abhängig
von diesen Stützpunkten
den Zustand des Empfängers
zu bestimmen.