DE102007048164A1

DE102007048164A1 - Verfahren zur kontaktlosen Übertragung wenigstens eines differentiellen Signals zwischen einem Sender und einem Empfänger bei Vorliegen wenigstens eines Gleichtaktstörsignals sowie zugehörige Schaltungsanordnung

Info

Publication number: DE102007048164A1
Application number: DE102007048164A
Authority: DE
Inventors: Markus Hemmerlein; Helmut Repp
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2007-10-08
Filing date: 2007-10-08
Publication date: 2009-04-09
Anticipated expiration: 2027-10-09
Also published as: DE102007048164B4; US20090091403A1; US7956701B2; CN101409695B; CN101409695A

Abstract

Verfahren zur kontaktlosen Übertragung wenigstens eines differentiellen Signals (20) zwischen einem Sender und einem Empfänger bei Vorliegen wenigstens eines Gleichtaktstörsignals, insbesondere wenigstens eines im Vergleich zu wenigstens einem zu übertragenden Signal niederfrequenten Gleichtaktstörsignals, wobei zur Unterdrückung wenigstens eines Gleichtaktstörsignals innerhalb des Empfängers ein dem Empfänger zugeordnetes Massebezugspotential in zwei voneinander entkoppelte Massebezugspotentiale (14, 19) aufgetrennt wird und/oder wobei durch eine Filtereinheit (11) am Eingang eines Empfangsverstärkers (12) des Empfängers wenigstens ein Gleichtaktstörsignal unterdrückt wird, wobei zur Gleichtaktstörsignalunterdrückung eine passive Filtereinheit (11) verwendet wird, die wenigstens ein in einem Koppler (9) zur Auskopplung wenigstens eines Signals (20) des Senders am Empfänger vorliegendes Gleichtaktstörsignal zumindest im Wesentlichen in dem Maße abschwächt wie ein zu übertragendes Signal (20) derselben Frequenz, und/oder wobei ein sich auf einen Empfangsverstärker enthaltenden Teil des Empfängers beziehende Massebezugspotential (14) kapazitiv an ein Massebezugspotential des Senders (6) angekoppelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontaktlosen Übertragung wenigstens eines differentiellen Signals zwischen einem Sender und einem Empfänger bei Vorliegen wenigstens eines Gleichtaktstörsignals, insbesondere wenigstens eines im Vergleich zu wenigstens einem zu übertragendem Signal niederfrequenten Gleichtaktstörsignals, sowie eine zugehörige Schaltungsanordnung.
Oft müssen Daten bzw. Signale kontaktlos zwischen Baugruppen übertragen werden, beispielsweise im Bereich der Medizintechnik bei Computertomographen, die einen rotierenden und einen stationären Teil aufweisen, zwischen welchen beiden Teilen eine Datenübertragung erforderlich ist.
Dabei steht im Mittelpunkt der Erfindung die kontaktlose breitbandige Übertragung differentieller Hochfrequenzsignale zwischen einem Sender und einem Empfänger, also zwei unterschiedlichen Baugruppen, bei der relativ starke und niederfrequente Gleichtaktstörungen vorliegen, die die Übertragungsqualität beeinträchtigen. Das zu übertragende Signal weist insbesondere ein Spektrum auf, bei dem die Signalleistung im Bereich hoher Frequenzen auf ein breites Frequenzband verteilt ist, während die Signalleistung im Frequenzbereich unterhalb einer Grenzfrequenz vernachlässigbar niedrig ist. Diese untere Grenzfrequenz ist im Vergleich zur Bandbreite des Signals wiederum sehr niedrig. Typischerweise sollte die Bandbreite mindestens zehn Mal so groß sein wie die untere Grenzfrequenz.
Ein differentieller Treiber dient in der Regel dazu, das Signal mit zueinander invertierter Polarität in eine Antenne mit zwei Eingängen einzuspeisen, die ein elektromagnetisches Feld erzeugt, das sich als Überlagerung zweier Felder beschreiben lässt, wobei das eine Feld durch Einspeisung desselben Signals in beide Eingänge (Gleichtakt) und das andere Feld durch zueinander invertierte Signale an den Eingängen (Gegentakt) gekennzeichnet ist. Eine metallische Kopplungsstruktur, die die Antenne nicht berührt, sich aber in deren unmittelbaren Nähe befindet, dient dem kontaktlosen Abgriff des Felds der Antenne im Nahbereich. An den zwei Ausgängen des Kopplers werden zwei Signale abgegriffen, die sich in einen geradesymmetrischen und einen schiefsymmetrischen Anteil aufspalten lassen, wobei im Idealfall ein in beide Eingänge der Antenne gleich eingespeistes Signal keinen schiefsymmetrischen Signalanteil im Kopplerausgang bewirkt. Entsprechend sollte ein invertiert eingespeistes Signal keine geradesymmetrischen Signalanteile erzeugen.
Die beiden schwachen Signale an den Kopplerausgängen werden über zwei Leitungen an einen differentiellen Verstärker im Empfänger weitergeleitet. Dieser differentielle Verstärker sollte im Idealfall nur den schiefsymmetrischen Signalanteil verstärken, der dann zur weiteren Signalverarbeitung zur Verfügung steht. Voraussetzung hierfür ist jedoch, dass die beiden Signale am Eingang des differentiellen Verstärkers nicht den zulässigen Arbeitsbereich des Verstärkereingangs verlassen. Wird der Arbeitsbereich des Verstärkereingangs verlassen, so treten bei einem zu übertragenden Datensignal bei der anschließenden Takt- bzw. Datenrekonstruktion Fehler mit einer nicht mehr tolerierbaren Häufigkeit auf.
Die Gefahr, dass der zulässige Arbeitsbereich des Verstärkereingangs verlassen wird, besteht somit immer dann, wenn der geradesymmetrische Signalanteil, also das Gleichtaktsignal, das im Idealfall gar nicht vorhanden sein sollte, am Eingang des differentiellen Verstärkers zu groß wird.
Für das Auftreten des Gleichtaktsignals gibt es drei Ursachen. Einerseits können Unsymmetrien in den Ausgangsstufen der Leitungstreiber Gleichtaktstörungen verursachen, während andererseits eine Unsymmetrie in der Kopplung, beispielsweise durch Positionierungsfehler oder Fertigungstoleranzen, ein zu einem Nutzsignal korreliertes Gleichtaktsignal bewirken kann.
Eine dritte Ursache für das Entstehen einer Gleichtaktstörung (Gleichtaktsignal, sogenannter „Common Mode") ist ein Potentialversatz zwischen den Massebezugssystemen des Senders und Empfängers im Fall ungleicher Bezugssysteme. Wenn das durch den Potentialversatz der Massebezugssysteme verursachte Feld im Bereich einer Kopplerstruktur so beschaffen ist, dass die Potentialdifferenz beider Massepotentiale in beide Kopplerhälften gleich stark einkoppelt, dann liegt diese Störung als Gleichtaktsignal am Eingang des differentiellen Verstärkers im Empfänger an und überlagert dort das differentielle Nutzsignal. Bei Überschreiten eines tolerierbaren Pegels ist eine fehlerfreie bzw. bis zu einem tolerierbaren Maß fehlerbehaftete Takt- und Datenrekonstruktion nicht mehr möglich.
Wenn das durch den Potentialversatz der Massebezugssysteme verursachte Feld in beide Kopplerhälften unterschiedlich stark einkoppelt, so wird ein Teil der Spannung zwischen den beiden Bezugspotentialen als Gegentaktsignal in die beiden Leitungen zum Verstärkereingang eingespeist und überlagert sich dem differentiellen Nutzsignal. Daher ist eine Unterdrückung durch den differentiellen Verstärker nicht möglich. Auch hierdurch kann eine zufriedenstellende Takt- und Datenrekonstruktion gefährdet werden.
Die erstgenannten, von Unsymmetrien verursachten Anteile der Gleichtaktstörung in der Amplitude sind in der Regel deutlich kleiner als die Amplitude des differentiellen Nutzsignals, so dass sie normalerweise nicht zu einer Übersteuerung eines Arbeitsbereichs des Verstärkereingangs führen und toleriert werden können. Die von der Spannung zwischen den beiden Massepotentialen verursachten Gleichtaktstörungen können allerdings die Nutzsignalamplitude um Größenordnungen übersteigen, so dass durch die dann unvermeidliche Übersteuerung des Verstärkereingangs die Signalqualität intolerierbar absinkt.
Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zu Grunde, ein diesbezüglich verbessertes Verfahren zur kontaktlosen Übertragung wenigstens eines differentiellen Signals zwischen einem Sender und einem Empfänger bei Vorliegen wenigstens eines Gleichtaktstörsignals, insbesondere wenigstens eines im Vergleich zu wenigstens einem zu übertragenden Signal niederfrequenten Gleichtaktstörsignals, anzugeben.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren dieser Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass zur Unterdrückung wenigstens eines Gleichtaktstörsignals innerhalb des Empfängers ein dem Empfänger zugeordnetes Massebezugspotential in zwei voneinander entkoppelte Massebezugspotentiale aufgetrennt wird und/oder dass durch eine Filtereinheit am Eingang eines Empfangsverstärkers des Empfängers wenigstens ein Gleichtaktstörsignal unterdrückt wird, wobei zur Gleichtaktstörsignalunterdrückung eine passive Filtereinheit verwendet wird, die wenigstens ein in einem Kuppler zur Auskopplung wenigstens eines Signals des Senders am Empfänger vorliegendes Gleichtaktstörsignal zumindest im Wesentlichen in dem Maße abschwächt wie ein zu übertragendes Signal derselben Frequenz und/oder dass ein sich auf einen einen Empfangsverstärker enthaltenden Teil des Empfängers beziehendes Massebezugspotential kapazitiv an ein Massebezugspotential des Senders angekoppelt wird.
Beispielsweise wird also das Massebezugspotential des Empfängers in zwei Bereiche aufgeteilt bzw. aufgetrennt, wobei diese beiden Bereiche voneinander entkoppelt werden. Damit wird es möglich, die Gleichtaktstörung bzw. das oder die Gleichtaktstörsignale an der Stelle dieser Aufteilung bzw. einer entsprechenden Trennstelle abfallen zu lassen, so dass sich der Anteil der Gleichtaktstörung verringert, der am Eingang des differentiellen Verstärkers im Empfänger abfällt. Die beiden Massebezugspotentiale bzw. Massepotentiale werden also erfindungsgemäß in zwei Potentiale aufgeteilt, die sich beispielsweise als „Ground" (GND) und „Receiver-Ground" (RX-GND) bezeichnen lassen. Durch diese Trennung wird somit bei Wahl geeigneter Bereiche für die Aufteilung eine effektive Gleichtaktstörsignalunterdrückung erreicht. Das zu übertragende differentielle Nutzsignal, also vorzugsweise ein Breitbandhochfrequenzsignal, kann somit ohne größere Störungen bei der Takt- und Datenrekonstruktion übertragen werden.
Alternativ oder ergänzend kann eine Unterdrückung von Gleichtaktstörsignalen dadurch erfolgen, dass eine Filtereinheit an einem Eingang eines Empfangsverstärkers vorgesehen wird, bei der es sich um eine passive Filtereinheit handelt, die wenigstens ein in einem Koppler zur Ankopplung wenigstens eines Signals des Senders an den Empfänger vorliegendes Gleichtaktstörsignal zumindest im Wesentlichen in dem Maße abschwächt wie ein zu übertragendes Signal derselben Frequenz. Ebenfalls alternativ oder ergänzend kann zur Unterdrückung von Gleichtaktstörungen ein sich auf einen einen Empfangsverstärker enthaltenden Teil des Empfängers beziehendes Massebezugspotential kapazitiv an ein Massebezugspotential des Senders angekoppelt werden.
In Abhängigkeit von der (gegebenenfalls erfolgenden) Auftrennung des Massebezugspotentials kann wenigstens ein auf die beiden entkoppelten Massebezugspotentiale bezogenes Signal aufgetrennt werden, insbesondere wenigstens ein Nutzsignal und/oder wenigstens ein Steuerungs- und/oder Überwachungssignal und/oder die Stromversorgung. Zweckmäßigerweise werden alle Signale aufgetrennt. Mit der Aufspaltung der Massebezugspotentiale werden dann alle Signale, die die Trennung der Massepotentiale (beispielsweise GND und RX-GND) bzw. deren Bereiche überschreiten und sich damit auf beide Massepotentiale beziehen, ebenfalls aufgetrennt. Diese Auftrennung kann im Empfänger auf unterschiedliche Art und Weise, abhängig von der jeweiligen Art der Signale, erfolgen, wie im Folgenden beschrieben.
Weiterhin kann in Abhängigkeit von der Auftrennung des Massebezugspotentials eine zugehörige Versorgungsspannung aufgetrennt werden. Die Versorgungsspannungsleitungen werden also ebenfalls aufgetrennt, wobei diese Aufteilung im Rahmen der Aufteilung der Massebezugspotentiale durchgeführt werden kann.
Das Massebezugspotential wird im Empfänger vorzugsweise an einer Trennstelle derart aufgetrennt, dass zumindest ein wesentlicher Teil wenigstens eines Gleichtaktstörsignals an dieser Trennstelle abfällt, und/oder das Massebezugspotential kann in einem Frequenzbereich mit einer hohen spektralen Leistungsdichte wenigstens eines Gleichtaktstörsignals aufgetrennt werden.
Die Auftrennung, falls diese vorgenommen wird, erfolgt also zweckmäßigerweise so, dass eine effektive Unterdrückung bzw. Reduzierung der Gleichtaktstörung möglich ist bzw. erfolgt. Hierzu wird die Auftrennung so vorgenommen, dass ein möglichst hoher Anteil des Störsignals an der Trennstelle bzw. im Bereich der Auftrennung abfällt, bzw. die Auftrennung erfolgt in einem Bereich des Störsignals, in dem dessen Leistungsdichte besonders hoch ist, um so eine effektive Reduzierung bzw. Unterdrückung des Störsignals zu erreichen. Die Auftrennung kann in einer Schaltungsanordnung in einem speziell hierfür vorgesehenen Schaltungsblock erfolgen.
Insbesondere kann gegebenenfalls das Massebezugspotential und/oder eine Versorgungsspannung mittels wenigstens einer Gleichtaktunterdrückungsspule aufgetrennt werden, insbesondere mittels einer Gleichtaktunterdrückungsspule mit einer hohen Dämpfung im Bereich wenigstens eines Gleichtaktstörsignals. Es wird also eine Gleichtaktunterdrückungsspule (GS) in eine entsprechende Schaltungsanordnung, vorzugsweise in einen Block zur Auftrennung der Massebezugspotentiale, eingefügt, die für den Frequenzbereich der Gleichtaktstörung bzw. mehrerer Gleichtaktstörsignale zweckmäßigerweise eine möglichst hohe Dämpfung aufweisen sollte.
Außerdem kann wenigstens ein Signal, insbesondere ein niederfrequentes Steuerungs- und/oder Überwachungssignal, mittels wenigstens eines Optokopplers und/oder Übertragers aufgetrennt werden, und/oder es kann wenigstens ein Signal, insbesondere ein hochfrequentes Nutzsignal, mittels wenigstens eines optoelektrischen Wandlers und Lichtwellenleiters aufgetrennt werden.
Insbesondere für die Auftrennung niederfrequenter Signale, wie sie beispielsweise für die Steuerung und Überwachung verwendet werden, sind Optokoppler bzw. Übertrager empfehlenswert. Diese weisen jedoch parasitäre Kapazitäten auf, weshalb gegebenenfalls zusätzlich kleine Induktivitäten in die Leitungen eingefügt werden können. Das Einfügen derartiger Induktivitäten ist immer dann notwendig, wenn die Impedanz der Entkopplung für die Spektralbereiche der abzukoppelnden Gleichtaktstörung auf Grund der parasitären Kapazitäten zu niedrig wird.
Für die Trennung hochfrequenter Signale wie beispielsweise digitaler Nutzsignale mit hoher Datenrate kann eine Realisierung der Auftrennung mittels Optokopplern bzw. Übertragern technisch schwierig werden, so dass in diesem Fall optoelektrische Wandler und entsprechende elektrooptische Wandler (E/O bzw. O/E), die über Lichtwellenleiter (LWL) verbunden werden, eingesetzt werden können.
Im Rahmen einer Auftrennung, insbesondere mittels wenigstens eines optoelektrischen Wandlers und Lichtwellenleiters, kann wenigstens ein analoges Signal moduliert und/oder wenigstens ein digitales Signal codiert werden. Mit einer geeigneten Modulation bzw. Codierung der Signale kann die Auftrennung der Signale mittels optoelektrischer Wandler in Kombination mit Lichtwellenleitern erfolgen.
Daneben besteht die Möglichkeit, durch eine Filtereinheit an einem Eingang eines Empfangsverstärkers des Empfängers we nigstens ein Gleichtaktstörsignal zu unterdrücken. Die Filterung kann gegebenenfalls auch bereits alleine, also ohne eine Auftrennung der Massebezugspotentiale, zu einer Reduktion der Gleichtaktstorsignale führen. Oft ist es jedoch zweckmäßig, eine geeignete Dimensionierung der Filterung als Ergänzung zur Auftrennung der Massebezugspotentiale des Empfängers vorzunehmen.
Grundlegend ist hierbei der Ansatz, die für die Gleichtaktstörung wirksame Impedanz der Terminierung der Leitung zum Empfangsverstärker möglichst klein zu halten. Hier sind zwar durch die technische Realisierbarkeit Grenzen gesetzt, es ist jedoch prinzipiell immer möglich, diese Impedanz nicht größer zu wählen als die für das differentielle Nutzsignal wirksame Impedanz. Kleinere für Gleichtaktstörungen wirksame Impedanzen lassen sich zumindest bei breitbandigen Nutzsignalen auf Grund der parasitären Effekte bei den derzeit verfügbaren Komponenten nicht realisieren. Das Filter am Eingang des Eingangsverstärkers, das zugleich die Leitung zwischen einem Koppler und dem Eingangsverstärker terminiert, wird also erfindungsgemäß optimal dimensioniert. Dadurch wird erreicht, dass von dem einen oder den mehreren Störsignalen nicht mehr als unbedingt notwendig am Eingang des differentiellen Verstärkers abfällt. Dies stellt eine deutliche Verbesserung zu bisherigen Ansätzen dar, bei denen die wirksame Impedanz oft viel zu hoch gewählt wurde, da die Terminierung des Gleichtaktsignals zur Festlegung des Arbeitspunktes des Verstärkers benutzt wurde, indem eine konstante oder sehr niederfrequent geregelte Spannung hochohmig über die Terminierung eingespeist wurde. Erfindungsgemäß wird demgegenüber der Eingangswiderstandsbereich möglichst niederohmig ausgeführt, um den Signalstörabstand zu maximieren. Jede weitere Erhöhung des Eingangswiderstands verringert den Signalstörabstand bezüglich der Gleichtaktstörungen.
Insbesondere kann zur Gleichtaktstörsignalunterdrückung eine passive Filtereinheit verwendet werden, die wenigstens ein in einem Koppler zur Auskopplung wenigstens eines Signals des Senders an den Empfänger vorliegendes Gleichtaktstörsignal zumindest im Wesentlichen in dem Maße abschwächt wie ein zu übertragendes Signal bzw. Nutzsignal derselben Frequenz.
Dem liegt die Überlegung zu Grunde, dass derzeit keine brauchbare passive Realisierung bekannt ist, bei der eine in den Koppler eingespeiste Gleichtaktstörung stärker abgeschwächt wird als das zu übertragende differentielle Nutzsignal bei der gleichen Frequenz. Zwar könnte in einem Filter eine bifilar gewickelte Spule („Common Mode Suppression Choke") eingesetzt werden, bei der auf Grund ihrer Wicklung für Gleichtaktstörungen eine hohe Induktivität wirksam ist, während die für das Nutzsignal wirksame Induktivität deutlich kleiner ist, jedoch ergibt sich hier das Problem parasitärer Effekte, die dazu führen, dass sich die Anforderungen einer großen Induktivität für niederfrequente Gleichtaktstörsignale und einer sehr kleinen Induktivität für hochfrequente differentielle Signale nicht gleichzeitig erfüllen lassen.
Werden andererseits beispielsweise durch eine elektrische Verbindung der Massebezugspotentiale die Ursachen der Gleichtaktstörung angegangen, so ergibt sich ein vergleichsweise hoher Realisierungsaufwand und zudem die Gefahr des Verschleißes eines hierfür eingesetzten mechanischen Kontakts, beispielsweise in Form eines Schleifrings. Der durch den Verschleiß entstehende Staub kann sich auf in der Umgebung platzierten Baugruppen ablagern und Kurzschlüsse verursachen.
Hintergrund der Probleme der Verwendung von Gleichtaktunterdrückungsspulen ist, dass für die Dimensionierung der Gleichtaktunterdrückungsspule die für Gleichtaktsignale wirksame Induktivität so zu wählen ist, dass sich für die Frequenzen, für die die spektrale Leistungsdichte der Gleichtaktstörung ihr Maximum besitzt, eine Impedanz ergibt, die gegenüber der für Gleichtaktsignale wirksamen Terminierung des Eingangsverstärkers um soviel größer ist, dass die Amplitude des Anteils der Gleichtaktstörung, die am Eingang des Verstärkers anliegt, für den ordnungsgemäßen Betrieb des Verstärkers hin reichend abgedämpft ist. Zugleich muss allerdings die für die differentiellen Signale wirksame Induktivität für alle Frequenzen im Nutzsignalband zu einer Impedanz führen, die deutlich kleiner ist als die für die differentiellen Signale wirksame Impedanz der Terminierung des Eingangsverstärkers, damit das Nutzsignal nicht zu stark abgeschwächt wird. Diese beiden Forderungen führen dazu, dass wie geschildert einerseits eine sehr große Induktivität für Gleichtaktsignale erforderlich ist, wenn die Gleichtaktstörungen niederfrequent sind, während andererseits eine sehr kleine Induktivität für differentielle Signale benötigt wird, wenn ein breites Nutzsignalband im Bereich hoher Frequenzen vorliegt. Auf Grund parasitärer Effekte lassen sich keine Gleichtaktunterdrückungsspulen in dieser Art fertigen, dass beide Forderungen zugleich erfüllt werden, wenn das Signalband hohe Frequenzen umfasst und die Gleichtaktstörung sehr niederfrequent ist. Deshalb ist es hilfreich, dafür zu sorgen, dass die im System auftretenden Unterschiede der Bezugspotentiale so gering wie möglich sind, die Ursachen der Störungen also weitestgehend eliminiert werden, beispielsweise durch die geschilderte elektrische Verbindung.
Daneben besteht prinzipiell die Möglichkeit einer Realisierung eines Filters bzw. einer Filtereinheit (die gegebenenfalls aus mehreren Einzelfiltern bestehen kann) in der Form, dass die Gleichtaktstörung mit aktiven Komponenten kompensiert wird. Eine derartige aktive Realisierung ist jedoch für hohe Datenraten auf Grund der begrenzten Bandbreite, der parasitären Elemente und der Laufzeiten aktiver Komponenten nicht geeignet.
Dementsprechend bildet eine passive Filtereinheit bzw. ein passives Filter, das eine in den Koppler eingespeiste Gleichtaktstörung genauso gut bzw. im gleichen Maße abschwächt wie das zu übertragende differentielle Nutzsignal bei derselben Frequenz, unter dem Aspekt der Realisierbarkeit ein Optimum.
Hierzu werden erfindungsgemäß vorzugsweise als Filtereinheit zwei identische und nicht miteinander gekoppelte Filter jeweils in einer von einer Hälfte eines Kopplers zu einem Eingang eines Empfangsverstärkers des Empfängers führenden Signalleitung verwendet. Es werden also in den beiden Leitungen, auf denen das differentielle Signal vom Koppler zum Eingangsverstärker gelangt, identische und nicht miteinander gekoppelte Filter eingefügt. Es werden allerdings keine Filter eingesetzt, bei denen bei jeder Frequenz Gegentaktsignale stärker abgeschwächt werden als Gleichtaktsignale.
Erfindungsgemäß kann wenigstens ein sich in einem anderen Frequenzband als wenigstens ein zu übertragendes Signal befindendes Gleichtaktstörsignal mittels einer der Filtereinheit zuzuordnenden bzw. zugeordneten Übertragungsfunktion unterdrückt werden. Die durch die Filterung eingeführte Übertragungsfunktion kann also, wenn sich die beiden Anteile, also der Anteil des Nutzsignals bzw. der Anteil der Gleichtaktstörung, des Eingangssignals des Verstärkers in unterschiedlichen Frequenzbändern befinden, genutzt werden, um die Gleichtaktstörung gegenüber dem Nutzsignal abzuschwächen, ohne dass dieses selbst allzu sehr abgeschwächt würde.
Insbesondere kann die Filtereinheit hierzu wenigstens ein Hochpassfilter aufweisen. Im Allgemeinen ist die Art des jeweiligen (optimalen) Filters von der Art des Nutzsignals im Vergleich zur Gleichtaktstörung bzw. zu den mehreren Gleichtaktstörungen abhängig.
Weiterhin kann das sich auf einen einen Empfangsverstärker enthaltenden Teil des Empfängers beziehende Massebezugspotential kapazitiv an ein Massebezugspotential des Senders angekoppelt werden.
Zwischen den beiden Antennenleitungen existiert eine Fläche, deren Potential nicht von der Erregung mit dem differentiellen Nutzsignal abhängt. Wenn in diese Fläche eine leitfähige Struktur gelegt wird, so hat dies keinen Einfluss auf die Übertragung der Gegentaktsignale, da innerhalb dieser Fläche auf Grund des überall gleichen Potentials keine Ströme fließen. Dementsprechend kann in diese Fläche die Struktur eines Kopplers gelegt werden, wodurch ohne eine Degradation der Übertragungsqualität des Nutzsignals eine zusätzliche Kopplung der Massepotentiale erreicht wird.
Die kapazitive Ankopplung kann (vorteilhafterweise) mit der Verwendung der Filtereinheit bzw. der Aufteilung der Massebezugspotentiale kombiniert werden, um eine insgesamt optimale Gleichtaktstörsignalunterdrückung zu erreichen, jedoch stellt bereits der Ansatz der kapazitiven Ankopplung als solcher einen wichtigen Schritt für die Unterdrückung von Gleichtaktstörungen dar.
Insbesondere kann zur kapazitiven Ankopplung eine mit dem entsprechenden Massebezugspotential des Empfängers verbundene metallische Struktur in der Nähe einer dem Massebezugspotential des Senders zugeordneten Massebezugsfläche angeordnet werden. Eine metallische Struktur, die mit dem Massepotential des Teils des Empfängers, der den Eingangsverstärker enthält, also mit dem Massebezugssystem GND, verbunden ist, wird also in die Nähe einer Massefläche des Massebezugssystems des Senders („Transmitter-Ground", TX-GND) gebracht, wobei sich in dem Fall, dass es sich bei der Antennen-Koppler-Anordnung um eine homogene Doppelleitung mit einer Symmetrieebene handelt, auf der das Potential bei zueinander inverser Einspeisung 0 ist, die kapazitive Kopplung der Massepotentiale besonders vorteilhaft dadurch realisieren lässt, dass die metallische Struktur genau in dieser Symmetrieebene angeordnet wird. Die Koppelstruktur liegt dann in unmittelbarer Nähe der Kopplung bzw. des Orts der Kopplung des differentiellen Signals, ohne dass die Arbeitsweise der Kopplungseinrichtung hinsichtlich der Übertragung schiefsymmetrischer Signale nachteilig beeinflusst würde.
Wenigstens ein zu übertragendes Signal kann nach Durchlaufen eines Empfangsverstärkers des Empfängers weiterverarbeitet werden, insbesondere zumindest teilweise in einem das dem Empfangsverstärker zugeordnete Massebezugspotential aufweisenden Teil des Empfängers. Die Signalverarbeitung kann also, zumindest teilweise, auch noch in dem Teil einer Schaltungsanordnung erfolgen, der sich auf das Massebezugspotential GND des Empfängerverstärkers bezieht. Beispielsweise kann in diesem Bereich eine Takt- und Datenrekonstruktion (sogenannte „Clock-Data-Recovery") durchgeführt werden. In Abhängigkeit der Verarbeitungsmethoden, die im Signalverarbeitungsblock durchgeführt werden, ist es möglich, dass auch noch am Ausgang des Signalverarbeitungsblocks hochfrequente Signale auftreten. Des Weiteren treten hier üblicherweise niederfrequente Signale zur Steuerung und/oder Überwachung der Signalübertragung bzw. -verarbeitung auf.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Schaltungsanordnung, insbesondere eine Schaltungsanordnung, die dazu ausgebildet ist, ein Verfahren der vorstehend geschilderten Art durchzuführen, zur kontaktlosen Übertragung wenigstens eines differentiellen Signals zwischen einem Sender und einem Empfänger der Schaltungsanordnung bei Vorliegen wenigstens eines Gleichtaktstörsignals, insbesondere wenigstens eines im Vergleich zu wenigstens einem zu übertragenden Signal niederfrequenten Gleichtaktstörsignals, wobei die Schaltungsanordnung zur Unterdrückung wenigstens eines Gleichtaktstörsignals innerhalb des Empfängers wenigstens ein Schaltungselement aufweist, das zur Auftrennung eines dem Empfängers zugeordneten Massenbezugspotentials in zwei voneinander entkoppelte Massebezugspotentiale ausgebildet ist, und/oder wobei die Schaltungsanordnung eine Filtereinheit am Eingang eines Empfangsverstärkers des Empfängers aufweist, die zur Unterdrückung wenigstens eines Gleichtaktstörsignals ausgebildet ist, wobei zur Gleichtaktstörsignalunterdrückung eine passive Filtereinheit verwendet wird, die dazu ausgebildet ist, wenigstens ein in einem Koppler zur Auskopplung wenigstens eines Signals des Senders am Empfänger vorliegendes Gleichtaktstörsignal zumindest im Wesentlichen in dem Maße abzuschwächen wie ein zu übertragendes Signal derselben Frequenz, und/oder wobei die Schaltungsanordnung wenigstens ein Schaltungselement aufweist, das zur kapazitiven Ankopplung eines sich auf einen einen Empfangsverstärker enthaltenden Teil des Empfängers beziehenden Massebezugspotentials an ein Massebezugspotential des Senders ausgebildet ist.
Die Schaltungsanordnung weist also einen Sender und einen Empfänger auf, zwischen denen kontaktlos, insbesondere breitbandig, differentielle Signale, vorzugsweise Hochfrequenzsignale, übertragen werden sollen. Dabei sind der Sender bzw. der Empfänger in zwei Baugruppen angeordnet, beispielsweise als Bestandteile eines rotierenden und stationären Teils eines Computertomographen oder einer anderen medizinischen Einrichtung.
Des Weiteren ist ein Schaltungselement vorgesehen, mit dem eine Auftrennung eines Massebezugspotentials, das dem Empfänger zugeordnet ist, in zwei voneinander entkoppelte Massebezugspotentiale möglich ist. Dieses Schaltungselement stellt also ein Trennelement, z. B. in Form eines Trennblocks, zur Auftrennung der Bezugspotentiale dar. Insbesondere ist so eine Auftrennung der Massepotentiale in die beiden Potentialbereiche GND bzw. RX-GND möglich.
Die Schaltungsanordnung kann wenigstens eine Gleichtaktunterdrückungsspule zur Auftrennung des Massebezugspotentials und/oder einer Versorgungsspannung aufweisen, insbesondere eine Gleichtaktunterdrückungsspule mit einer hohen Dämpfung im Bereich wenigstens eines Gleichtaktstörsignals.
Des Weiteren kann die Schaltungsanordnung wenigstens einen zur Auftrennung wenigstens eines Signals ausgebildeten Optokoppler und/oder Übertrager und/oder optoelektrischen Wandler mit Lichtwellenleiter aufweisen. Optokoppler und/oder Übertrager empfehlen sich dabei, wie bereits vorstehend geschildert wurde, für die Trennung niederfrequenter Signale, während bei hochfrequenten Signalen wie digitalen Nutzsignalen hoher Datenraten optoelektrische Wandler in Verbindung mit Lichtwellenleitern eine vergleichsweise einfach realisierbare Trennung ermöglichen.
Darüber hinaus kann die Schaltungsanordnung wenigstens eine zur Unterdrückung wenigstens eines Gleichtaktstörsignals ausgebildete Filtereinheit aufweisen, insbesondere als passive Filtereinheit mit zwei identischen und nicht miteinander gekoppelten Filtern.
Über eine metallische Struktur in der Nähe einer dem Massebezugspotential des Senders zugeordneten Massenbezugsfläche kann eine kapazitive Ankopplung eines Massebezugssystems GND des Empfängers an das Massebezugssystem TX-GND des Senders erfolgen.
Im Übrigen gelten die zum erfindungsgemäßen Verfahren gemachten Ausführungen in analoger Art und Weise für die Schaltungsanordnung.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der folgenden Ausführungsbeispiele sowie aus den Zeichnungen. Dabei zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 und 3 eine als Hochpassfilter ausgebildete Filtereinheit gemäß der Erfindung in einer Schaltungsanordnung bzw. als Ersatzschaltbild,
4 ein Ersatzschaltbild zur Erläuterung einer erfindungsgemäßen Unterdrückung von Gleichtaktstörungen und
5 ein Ausführungsbeispiel eines Trennblocks einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.
In der 1 ist eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 1 zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt.
Diese Schaltungsanordnung 1 weist zunächst eine Signalquelle 2 auf, von der aus das Signal bzw. Signale mit Hilfe eines Leitungstreibers 3 als differentiellem Treiber mit zueinander invertierter Polarität in eine Antenne 4 mit zwei Eingängen eingespeist werden. Dem Leitungstreiber 3 ist die positive Versorgungsspannung 5 und daneben das Massebezugspotential TX-GND 6 (Massebezugspotential des Senders) zugeordnet.
Die Antenne 4 ist als homogene Doppelleitung ausgeführt, die am Ende eine Terminierung 7 aufweist. Die homogene Doppelleitung der Antenne 4 wird mittels der Terminierung 7 mit ihrem Wellenwiderstand abgeschlossen. Das Signal wird wie beschrieben im differentiellen Mode in die Antenne 4 eingespeist.
Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird eine weitere Leitung 8 mit dem Massebezugspotential des Senders in homogener Art und Weise, d. h. mit über die Leitungslänge konstanten geometrischen Abmessungen und Materialeigenschaften, parallel zu den beiden Signalleitungen der Antenne 4 geführt. Dabei handelt es sich hier insgesamt um eine differentielle Microstrip-Leitung, bei der die Rückseite eines Trägersubstrats, das die beiden Signalleitungen trägt, metallisiert ist und mit dem Bezugspotential des Senders verbunden ist.
In anderen Ausführungsbeispielen können andere (z. B. bereits bekannte) Hochfrequenzübertragungsleitungsformen eingesetzt werden, z. B. Strip-Lines oder coplanare bzw. Leaky-Feeder-Leitungen.
Alternativ ist auch eine Ausführungsform ohne ein parallel geführtes Massebezugspotential möglich.
Wird das zu übertragende Signal vom Leitungstreiber 3 wie hier auf beide Leitungen der Antenne 4 mit entgegengesetzter Polarität eingespeist, so ergibt sich die Information, die über die Doppelleitung der Antenne 4 übertragen wird, für Punkte auf der Leitung, die vom Anfang der Leitung jeweils gleichweit entfernt sind, aus der Potentialdifferenz zwischen den Signalen der beiden Leitungen der Antenne 4. Dies bedeutet, dass eine derartige Doppelleitung in der Mitte eine Symmetrieebene aufweist, auf der das Potential bei zueinander inverser Einspeisung 0 ist.
Des Weiteren ist ein Koppler 9 vorgesehen, der zusammen mit der Antenne 4 eine Antennen-Koppler-Kombination ausbildet. Bei dem Koppler 9 handelt es sich im hier dargestellten Fall um zwei Metallflächen, die über den beiden Leitungen der Antenne 4 „schweben", diese also nicht berühren. Die beiden Metallflächen des Kopplers 9 lassen sich durch Spiegelung an der Symmetrieebene der Antenne ineinander überführen.
In bestimmten Fällen kann sich der Koppler 9 gegenüber der Antenne entlang einer Kurve bewegen lassen, beispielsweise entlang einer geraden Leitungsführung für die Signalübertragung zu translatorisch beweglichen Baugruppen sowie ringförmig für die Signalübertragung zu rotierenden Baugruppen. Diese Bewegungsmöglichkeiten hängen vom spezifischen Anwendungsfall ab und stellen keine Voraussetzung für die Erfindung dar.
Vom Koppler 9 führen jeweils Leitungen 10 zu einer Filtereinheit 11 am Eingang eines Empfangs- bzw. Eingangsverstärkers 12, wobei die Filtereinheit 11 die Leitungen 10 zwischen dem Koppler 9 und dem Eingangsverstärker 12 terminiert. Diese Filtereinheit 11 ist erfindungsgemäß so ausgebildet, dass sie im Hinblick auf eine Gleichtaktstörungsunterdrückung optimal dimensioniert ist. Dies bedeutet, dass im hier gezeigten Ausführungsbeispiel eine passive Filtereinheit 11 verwendet wird, die eine in einen Koppler 9 eingespeiste Gleichtaktstörung genauso gut abschwächt wie ein zu übertragendes differentielles Nutzsignal bei derselben Frequenz.
Von der Filtereinheit 11 führen Leitungen zum Eingangsverstärker 12 des Empfängers, dem die positive Versorgungsspannung 13 sowie das Massebezugspotential GND 14 zugeordnet sind. In einer Signalverarbeitungseinheit 15 im Anschluss an den Eingangsverstärker 12 wird das differentielle Nutzsignal weiterverarbeitet, wobei die Signalverarbeitung wie hier dargestellt mittels der Signalverarbeitungseinheit 15 wenigstens zum Teil noch in dem Teil der Schaltungsanordnung 1 erfolgt, der sich auf das Massebezugspotential GND des Empfängerverstärkers bezieht.
Im Ausführungsbeispiel der 1 wird eine Takt- bzw. Datenrekonstruktion in der Signalverarbeitungseinheit 15 bzw. einem entsprechenden Signalverarbeitungsblock durchgeführt. Auch nach der Signalverarbeitung im Signalverarbeitungsblock liegen noch hochfrequente Signale vor. Daneben sind niederfrequente Signale zur Steuerung und Überwachung der Signalübertragung und -verarbeitung an den Rest des Empfängers weiterzuleiten.
In der sich anschließenden Trennungseinheit 16 findet die Auftrennung des Massebezugspotentials GND in die beiden Bereiche bzw. Massebezugspotentiale GND und RX-GND statt. Am Ausgang der Trennungseinheit 16 liegt dann die Stromversorgung (RX für Empfänger) 17 mit der Empfängerversorgungsspannung 18 (RX-VCC) sowie dem Empfängermassebezugspotential 19 (RX-GND), also die abgetrennten Bereiche des Massebezugspotentials bzw. der Versorgungsspannung, vor. Daneben liefert die Trennungseinheit 16 als Ausgang Signale zur Signalsinke 20 sowie weitere Steuerungs- und/oder Überwachungssignale an die Steuerungs- und/oder Überwachungseinheit 21, die als zugehörige Steuerungs- bzw. Überwachungssignale die Nutzsignale (Signalsinke 20) ergänzen.
Des Weiteren ist das Massebezugssystem GND 14 des Teils des Empfängers, der den Eingangsverstärker 12 aufweist, an das Massebezugssystem TX-GND 6 des Senders kapazitiv angekoppelt, wozu eine metallische Struktur 22, die mit dem Massebezugspo tential GND 14 verbunden ist, in die Nähe der Massefläche auf dem Potential TX-GND 6 des Senders (gemäß der Leitung 8) gebracht wird.
Bei einer Antennen-Koppler-Anordnung, die als homogene Doppelleitung ausgebildet ist, bei der eine Symmetrieebene existiert, auf der das Potential bei zueinander inverser Einspeisung 0 ist, lässt sich die kapazitive Kopplung der Potentiale durch eine metallische Struktur 22 in dieser Symmetrieebene realisieren. Dies ermöglicht eine Koppelstruktur in unmittelbarer Nähe des Ortes der Kopplung des differentiellen Signals.
2 stellt einen Teil 23 der Schaltung 1 der 1 dar. Eine Modellierung kann für den Fall, dass ein einfacher Hochpass realisiert wird, durch das in der 3 dargestellte Ersatzschaltbild erfolgen.
Gezeigt ist in der symbolischen Darstellung der 2 zum einen die Doppelleitung der Antenne 4, zum anderen der Koppler 9 mit seinen beiden Koppelflächen 9a. Von den beiden Koppelflächen 9a führen jeweils Leitungen 10 zum Filter 11 mit dem zugehörigen Massebezugspotential 14, bei dem es sich um das Potential GND des Empfängers handelt. Aus dem Filter 11 führen zwei Leitungen 30 weiter zu einem hier nicht dargestellten Eingangsverstärker des Empfängers.
Das Ersatzschaltbild der 3 zeigt eine einfache Realisierung des Schaltungsteils 23 als Hochpassfilter, das zum einen aus zwei Kapazitäten 31 und 32 gebildet wird, mit denen der Koppler 9 die beiden Signale von der Doppelleitung der Antenne 4 über die Leitungen 10 in die Leitungen 30 zum nicht gezeigten Eingangsverstärker einkoppelt, zum anderen aus den beiden Terminierungswiderständen 33 und 34 mit dem zugehörigen Massebezugspotential GND 35.
Mit einer derartigen Filtereinheit gemäß dem Schaltungsteil 23, die als Hochpassfilter ausgebildet ist, ist es möglich, die durch die Filterung eingeführte Übertragungsfunktion zu nutzen, um die Gleichtaktstörung gegenüber dem Nutzsignal abzuschwächen, ohne dass das Nutzsignal selbst zu sehr abgeschwächt würde. Hierzu müssen die beiden Anteile des Eingangssignals, also das Nutzsignal und die Gleichtaktstörung, sich in unterschiedlichen Frequenzbändern befinden, beispielsweise derart, dass die Datenrate hoch und die Gleichtaktstörung niederfrequent ist.
In der 4 ist ein Ersatzschaltbild 36 zur Erläuterung einer erfindungsgemäßen Unterdrückung von Gleichtaktstörungen gezeigt. Dabei sind die aufgrund der Potentialdifferenz zwischen den beiden Massepotentialen TX-GND 37 (Sendermasse) und RX-GND 38a (Empfängermasse) vorhandenen Gleichtaktstörungen in diesem Ersatzschaltbild 36 als Spannungsquelle 39 (U_common) modelliert. Die Gleichtaktstörung wird über die beiden Ausgänge eines Leitungstreibers auf die beiden Leitungen einer Antenne eingespeist. Der resultierende Innenwiderstand des Leitungstreibers lässt sich für die Gleichtaktstörung als Parallelschaltung der beiden Innenwiderstände R_D der einzelnen Treiber modellieren und ergibt sich als Widerstand 40 zu R_D/2.
Bei einem Spektrum der Gleichtaktstörung, das bei deutlich niedrigeren Frequenzen liegt als das Spektrum des Nutzsignals, können Laufzeiteffekte innerhalb der Kopplerstrukturen vernachlässigt werden. Die Kopplung kann somit als rein kapazitiv betrachtet werden. Bei der Kopplung über zwei Kopplerflächen eines Kopplers K ist zu berücksichtigen, dass die Zeitverläufe der Spannung an den beiden Kopplerflächen im Fall von Gleichtaktsignalen identisch sind, so dass der Koppler als Parallelschaltung der beiden Kopplerkapazitäten C der einzelnen Kopplerflächen modelliert werden kann. Daraus ergibt sich die Koppelkapazität 42 für Gleichtaktsignale zu 2·C.
Die zusätzlich eingeführte Kopplung zwischen den Massebezugssystemen des Senders und des Eingangsteils des Empfängers wird als diskrete Kapazität 41 (C_GK) modelliert.
Die Abkopplung der Massebezugspotentiale GND 38b und RX-GND 38a lässt sich in zweiter Näherung als Induktivität 43 (L_common) mit parasitären Elementen 44, 45 (Widerstand R_common und Kapazität C_common) modellieren. Die parasitären Elemente können zum Teil den Datenblättern der verwendeten Bauteile entnommen werden. Die parasitäre Kapazität hängt jedoch auch von der räumlichen Anordnung der beiden entkoppelten Schaltungsteile des Empfängers zueinander ab.
Für den Gleichtaktanteil der Signale auf den Leitungen zu den beiden Eingängen eines differentiellen Verstärkers wirken die beiden in der Schaltung enthaltenen Terminierungswiderstände R( 33 und 34 in 3) wie eine Parallelschaltung mit der Eingangsimpedanz 46 in Höhe von R/2. Die an diesen Widerständen abfallende Spannung 47, die sich mit U_V bezeichnen lässt, ist die am Verstärker auftretende Gleichtaktstörung. Dementsprechend ist eine Dimensionierung der Hardwarerealisierung beispielsweise gemäß der Schaltungsanordnung 1 der 1 derart möglich, dass die Common-Mode-Unterdrückung als Quotient der Spannung 47 sowie der Spannung der Spannungsquelle 39,
einstellbar ist. Somit ist der Signalstörabstand, also die Differenz zwischen dem differentiellen Nutzsignal und der Common-Mode-Störung, maximierbar.
Die 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Trennblocks 48 einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, beispielsweise für eine Schaltungsanordnung gemäß 1. Der Trennblock 48 weist zunächst zur Trennung der Massepotentiale und der Versorgungsspannungsleitungen eine Gleichtaktunterdrückungsspule 49 auf, die für den Frequenzbereich der Gleichtaktstörung eine hohe Dämpfung zeigt.
Zudem ist für die Trennung niederfrequenter Signale eine Kombination eines Optokopplers 50 mit einer Induktivität 51 vorgesehen. Niederfrequente Signale dienen in einer Schaltungsanordnung beispielsweise zur Steuerung und Überwachung. Die Induktivitäten beispielsweise wie die Induktivität 51, die zusätzlich in die entsprechenden Leitungen eingefügt werden, dienen dazu, den parasitären Kapazitäten eines Optokopplers 50 oder gegebenenfalls eines Übertragers entgegenzuwirken. Damit wird verhindert, dass die Impedanz der Entkopplung für die Spektralbereiche der abzukoppelnden Gleichtaktstörung auf Grund der parasitären Kapazitäten zu niedrig wird.
Zur Trennung hochfrequenter Signale sind des Weiteren ein elektrooptischer Wandler 52 sowie ein optoelektrischer Wandler 53 in Kombination mit einem Lichtwellenleiter 54 vorgesehen. Dabei kann es erforderlich werden, analoge Signale gegebenenfalls noch geeignet zu modulieren bzw. digitale Signale geeignet zu codieren.
Somit kann erfindungsgemäß eine wirksame Reduktion bzw. Unterdrückung der bei der kontaktlosen breitbandigen Übertragung differentieller Hochfrequenzsignale zwischen zwei Baugruppen auftretenden relativ starken niederfrequenten Gleichtaktstörungen erreicht werden. Dies geschieht zunächst durch die Aufteilung der Massebezugspotentiale im Empfänger, aber ergänzend auch durch eine geeignete Filterdimensionierung am Eingang des Eingangsverstärkers bzw. eine kapazitive Ankopplung des Massebezugssystems des Empfängers, soweit dieses auf den Empfängerteil, der den Eingangsverstärker enthält, bezogen ist, an das Massebezugssystem des Senders.

1: Schaltungsanordnung
2: Signalquelle
3: Leitungstreiber
4: Antenne
5: positive Versorgungsspannung
6: Massebezugspotential TX-GND
7: Terminierung
8: Leitung
9: Koppler
9a: Koppelfläche
10: Leitung
11: Filtereinheit
12: Eingangsverstärker
13: Versorgungsspannung
14: Massebezugspotential GND
15: Signalverarbeitungseinheit
16: Trennungseinheit
17: Stromversorgung RX
18: Empfängerversorgungsspannung
19: Empfängermassebezugspotential RX-GND
20: Signalsinke
21: Steuerungs- und/oder Überwachungseinheit
22: metallische Struktur
23: Schaltungsteil
30: Leitung
31: Kapazität
32: Kapazität
33: Terminierungswiderstand
34: Terminierungswiderstand
35: Massebezugspotential GND
36: Ersatzschaltbild
37: Massepotential TX-GND
38a: Massepotential RX-GND
38b: Massepotential GND
39: Spannungsquelle
40: Widerstand
41: Kapazität
42: Koppelkapazität
43: Induktivität
44: parasitäres Element
45: parasitäres Element
46: Eingangsimpedanz
47: Spannung
48: Trennblock
49: Gleichtaktunterdrückungsspule
50: Optokoppler
51: Induktivität
52: elektrooptischer Wandler
53: optoelektrischer Wandler
54: Lichtwellenleiter

Claims

Verfahren zur kontaktlosen Übertragung wenigstens eines differentiellen Signals (20) zwischen einem Sender und einem Empfänger bei Vorliegen wenigstens eines Gleichtaktstörsignals, insbesondere wenigstens eines im Vergleich zu wenigstens einem zu übertragenden Signal niederfrequenten Gleichtaktstörsignals, dadurch gekennzeichnet, dass zur Unterdrückung wenigstens eines Gleichtaktstorsignals innerhalb des Empfängers ein dem Empfänger zugeordnetes Massebezugspotential in zwei voneinander entkoppelte Massebezugspotentiale (14, 19, 29, 35, 38a, 38b) aufgetrennt wird und/oder dass durch eine Filtereinheit (11) am Eingang eines Empfangsverstärkers (12) des Empfängers wenigstens ein Gleichtaktstörsignal unterdrückt wird, wobei zur Gleichtaktstörsignalunterdrückung eine passive Filtereinheit (11) verwendet wird, die wenigstens ein in einem Koppler (9) zur Auskopplung wenigstens eines Signals (20) des Senders am Empfänger vorliegendes Gleichtaktstörsignal zumindest im Wesentlichen in dem Maße abschwächt wie ein zu übertragendes Signal (20) derselben Frequenz und/oder dass ein sich auf einen einen Empfangsverstärker enthaltenden Teil des Empfängers beziehende Massebezugspotential (14, 35, 38b) kapazitiv an ein Massebezugspotential des Senders (6, 37) angekoppelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass in Abhängigkeit von einer Auftrennung des Massebezugspotentials wenigstens ein, insbesondere alle, auf die beiden entkoppelten Massebezugspotentiale (14, 19, 29, 35, 38a, 38b) bezogenen Signale (20) aufgetrennt wird, insbesondere wenigstens ein Nutzsignal und/oder wenigstens ein Steuerungs- und/oder Überwachungssignal (21) und/oder die Stromversorgung.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von einer Auftrennung des Massebezugspotentials eine zugehörige Versorgungsspannung aufgetrennt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Massebezugspotential im Empfänger an einer Trennstelle derart aufgetrennt wird, dass zumindest ein wesentlicher Teil wenigstens eines Gleichtaktstörsignals an dieser Trennstelle abfällt, und/oder dass das Massebezugspotential in einem Frequenzbereich mit einer hohen spektralen Leistungsdichte wenigstens eines Gleichtaktstörsignals aufgetrennt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Massebezugspotential und/oder eine Versorgungsspannung mittels wenigstens einer Gleichtaktunterdrückungsspule (49) aufgetrennt wird, insbesondere mittels einer Gleichtaktunterdrückungsspule (49) mit einer hohen Dämpfung im Bereich wenigstens eines Gleichtaktstörsignals.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Signal, insbesondere ein niederfrequentes Steuerungs- und/oder Überwachungssignal (21), mittels wenigstens eines Optokopplers (50) und/oder Übertragers aufgetrennt wird, und/oder dass wenigstens ein Signal, insbesondere ein hochfrequentes Nutzsignal, mittels wenigstens eines optoelektrischen Wandlers (52, 53) in Verbindung mit einem Lichtwellenleiter (54) aufgetrennt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung wenigstens eines Optokopplers und/oder Übertragers mit parasitären Kapazitäten wenigstens eine zusätzliche Induktivität in wenigstens eine Leitung eingefügt wird, insbesondere eine kleine Induktivität.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen einer Auftrennung des Massebezugspotentials, insbesondere mittels wenigstens eines optoelektrischen Wandlers (52, 53) in Verbindung mit einem Lichtwellenleiter (54), wenigstens ein analoges Signal moduliert und/oder wenigstens ein digitales Signal codiert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Filtereinheit (11) zur Unterdrückung wenigstens eines Gleichtaktstörsignals zwei identische und nicht miteinander gekoppelte Filter (11) jeweils in einer von einer Hälfte eines Kopplers (9) zu einem Eingang eines Empfangsverstärkers des Empfängers führenden Signalleitung (10) verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein sich in einem anderen Frequenzband als wenigstens ein zu übertragendes Signal befindendes Gleichtaktstörsignal mittels einer einer Filtereinheit (11) zur Unterdrückung wenigstens eines Gleichtaktstörsignals zuzuordnenden Übertragungsfunktion unterdrückt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinheit (11) zur Unterdrückung wenigstens eines Gleichtaktstörsignals wenigstens ein Hochpassfilter aufweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur kapazitiven Ankopplung eine mit dem entsprechenden Massebezugspotential (14, 35, 38b) des Empfängers verbundene metallische Struktur (22) in der Nähe einer dem Massebezugspotential des Senders zugeordneten Massebezugsfläche angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Struktur (22) in einer Symmetrieebene einer als homogene Doppelleitung ausgebildeten Antennen-Koppler-Anordnung angeordnet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein zu übertragendes Signal nach Durchlaufen eines Empfangsverstärkers (12) des Empfängers weiterverarbeitet wird, insbesondere zumindest teilweise in einem das dem Empfangsverstärker (12) zugeordnete Massebezugspotential (14, 35, 38b) aufweisenden Teil des Empfängers.
Schaltungsanordnung (1), insbesondere ausgebildet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, zur kontaktlosen Übertragung wenigstens eines differentiellen Signals (20) zwischen einem Sender und einem Empfänger der Schaltungsanordnung (1) bei Vorliegen wenigstens eines Gleichtaktstörsignals, insbesondere wenigstens eines im Vergleich zu wenigstens einem zu übertragenden Signal niederfrequenten Gleichtaktstörsignals, wobei die Schaltungsanordnung (1) zur Unterdrückung wenigstens eines Gleichtaktstörsignals innerhalb des Empfängers wenigstens ein Schaltungselement aufweist, das zur Auftrennung eines dem Empfänger zugeordneten Massebezugspotentials in zwei voneinander entkoppelte Massebezugspotentiale ausgebildet ist, und/oder wobei die Schaltungsanordnung eine Filtereinheit (11) am Eingang eines Empfangsverstärkers des Empfängers aufweist, die zur Unterdrückung wenigstens eines Gleichtaktstörsignals ausgebildet ist, wobei zur Gleichtaktstörsignalunterdrückung eine passive Filtereinheit (11) verwendet wird, die dazu ausgebildet ist, wenigstens ein in einem Koppler (9) zur Auskopplung wenigstens eines Signals des Senders am Empfänger vorliegendes Gleichtaktstörsignal zumindest im Wesentlichen in dem Maße abzuschwächen wie ein zu übertragendes Signal derselben Frequenz, und/oder wobei die Schaltungsanordnung wenigstens ein Schaltungselement aufweist, das zur kapazitiven Ankopplung eines sich auf einen einen Empfangsverstärker enthaltenden Teil des Empfängers beziehenden Massebezugspotentials (14, 35, 38b) an ein Massebezugspotential (6, 37) des Senders ausgebildet ist.
Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung wenigstens eine Gleichtaktunterdrückungsspule zur Auftrennung des Massebezugspotentials und/oder einer Versorgungsspannung aufweist, insbesondere eine Gleichtaktunterdrückungsspule (49) mit einer hohen Dämpfung im Bereich wenigstens eines Gleichtaktstörsignals.
Schaltungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (1) wenigstens einen zur Auftrennung wenigstens eines Signals ausgebildeten Optokoppler (50) und/oder Übertrager und/oder optoelektrischen Wandler (52, 53) in Verbindung mit einem Lichtwellenleiter (54) aufweist.
Schaltungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (1) als Schaltungselement zur kapazitiven Ankopplung eine metallische Struktur (22) in der Nähe einer dem Massebezugspotential (6, 37) des Senders zugeordneten Massebezugsfläche aufweist.