DE102007050687A1

DE102007050687A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines digitalen Signals aus einem amplitudenmodulierten Signal

Info

Publication number: DE102007050687A1
Application number: DE102007050687A
Authority: DE
Inventors: Lars Kirsten; Stephan Dr. Buschnakowski
Original assignee: Endress and Hauser Conducta Gesellschaft fuer Mess und Regeltechnik mbH and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Priority date: 2007-10-22
Filing date: 2007-10-22
Publication date: 2009-04-23

Abstract

Um aus einem amplitudenmodulierten Signal, z.B. abgegriffen an der Sekundärspule (S) eines Übertragers, ein sauberes digitales Signal mit steilen Flanken und genau definierter Bitlänge zu erzeugen, liegt das amplitudenmodulierte Signal am Eingang eines Spitzengleichrichters (G), dessen Ausgangssignal in einem Mikrokontroller (M) ausgewertet wird. Der Mikrokontroller (M) detektiert die digitalen Nullen und Einsen und passt die nachführbare Schwelle eines im Mikrokontroller (M) integrierten Komparators in Abhängigkeit von der Anzahl der digitalen Nullen und Einsen an. Auf diese Weise wird aus einem amplitudenmodulierten Signal trotz Drift von Bauteilparametern infolge Alterung der Bauteile und Temperaturschwankungen ein sauberes digitales Signal mit steilen Flanken und definierter Bitlänge erzeugt. Die Vorrichtung und das Verfahren sind gut für den Einsatz in Vorrichtungen zur Übertragung von sowohl Energie als auch Daten in unidirectionaler Richtung und gegebenenfalls auch in bidirectionaler Richtung, z.B. in Messanlagen zur Messung physikalischer Größen, geeignet. Als Datenquelle dient z.B. ein Messsensor. In derartigen Messanlagen sind eine Primärseite mit einem Verstärker und eine Sekundärseite mit einem Messsensor vorgesehen, die mittels eines galvanisch vollständig getrennten Steckkontaktes induktiv miteinander gekoppelt sind.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Erzeugung eines digitalen Signals aus einem amplitudenmodulierten Signal, das einem Spitzengleichrichter zugeführt wird, dessen Ausgangssignal in einem Komparator mit einer in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Spitzengleichrichters nachführbaren Schwelle verglichen wird.
Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zur Erzeugung eines digitalen Signals aus einem amplitudenmodulierten Signal, das einem Spitzengleichrichter zugeführt ist, dessen Ausgangssignal in einem Komparator mit einer in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Spitzengleichrichters nachführbaren Schwelle vergleichbar ist.
Das demodulierte Signal eines Spitzengleichrichters ist nicht gleichspannungsfrei, weshalb eine Schwellennachführung erforderlich ist.
Verfahren und Vorrichtungen zur Übertragung von sowohl Energie als auch Daten in unidirectionaler Richtung und gegebenenfalls auch in bidirectionaler Richtung werden z. B. in Meßanlagen zur Messung physikalischer Größen, wie z. B. der pH-Wert ausgestattet. Als Datenquelle dient ein Meßsensor. In derartigen Meßanlagen sind eine Primärseite mit einem Verstärker und eine Sekundärseite mit einem Messsensor vorgesehen, die mittels eines galvanisch vollständig getrennten Steckkontaktes induktiv miteinander gekoppelt sind. In explosionsgefährdeten Bereichen ist eine galvanische Trennung erforderlich.
Aus EP 0 980 603 B1 ist eine Steckverbindung zur Übertragung von Energie und Daten bekannt, die für eine Meßanlage in explosionsgefährdeten Bereichen geeignet ist. Zur Verbesserung der Übertragungseigenschaften ist die Primärseite und optional auch die Sekundärseite mit einem Transceiver ausgestattet, der neben der Sende- und Empfangsfunktion auch als Verstärker dienen kann.
Auf der Sekundärseite liegt z. B. eine Vorrichtung zur Erzeugung eines digitalen Signals aus einem amplitudenmodulierten Signal, das einem Spitzengleichrichter zugeführt ist, dessen Ausgangssignal in einem Komparator mit einer in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Spitzengleichrichters nachführbaren Schwelle verglichen wird.
Vorrichtungen zur Erzeugung eines digitalen Signals aus einem amplitudenmodulierten Signal sind beispielsweise in Seifart, Analoge Schaltungen, Verlag Technik, Berlin, 1987, ISBN: 3-341-00091-7 beschrieben. Derartige Vorrichtungen sind mit dem ersten Nachteil behaftet, dass eine genaue Nachführung der Schwelle nicht möglich ist. dass die Schwelle auf analogem Weg erzeugt und nachgeführt wird, ist als weiterer Nachteil anzumerken. Ein dritter Nachteil zeigt sich darin, dass die Schwelle während der Dauer eines Bits nicht konstant bleibt. Ein vierter Nachteil ist darin zu sehen, dass ein analoger Vergleich zwischen dem demodulierten Signal des Spitzengleichrichters und der nachgeführten Schwelle vorgesehen ist. Alle angeführten vier Nachteile führen dazu, dass das digitale Signal in hohem Maße von der Drift von Bauteilparametern abhängt, die durch Temperaturschwankungen und Alterung der Bauteile verursacht wird. Es läßt sich daher nur ein verschwommenes digitales Signal mit unsauberen verrauschten Flanken und nicht genau definierten Bitlängen erzeugen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein sauberes digitales Signal mit steilen Flanken und genau definierter Bitlänge aus einem amplitudenmodulierten Signal zu erzeugen.
Verfahrensmäßig wird diese Aufgabe von der Erfindung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen dadurch gelöst, dass das Ausgangssignal des Spitzengleichrichters in einen Mikrokontroller eingelesen und im Mikrokontroller derart ausgewertet wird, dass der Mikrokontroller die digitalen Nullen und Einsen detektiert und die Schwelle in Abhängigkeit von der Anzahl der digitalen Nullen und Einsen anpaßt.
Vorrichtungsmäßig wird diese Aufgabe von der Erfindung mit den im Anspruch 5 angegebenen Merkmalen dadurch gelöst, dass das Ausgangssignal des Spitzengleichrichters in einen Mikrokontroller einlesbar ist und im Mikrokontroller derart auswertbar ist, dass die digitalen Nullen und Einsen vom Mikrokontroller detektierbar sind und die Schwelle in Abhängigkeit von der Anzahl der digitalen Nullen und Einsen anpaßbar ist.
Durch die erfindungsgemäße Maßnahme, das Ausgangssignal des Spitzengleichrichters in einen Mikrokontroller einzulesen und im Mikrokontroller derart auszuwerten, dass die Schwelle des im Mikrokontroller integrierten Komparators in Anhängigkeit von der Anzahl der digitalen Nullen und Einsen angepaßt wird, wird am Ausgang des Mikrokontrollers ein sauberes digitales Signal mit steilen Flanken und genau definierter Bitlänge erzeugt. Ausführungsbeispiele und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht vor, die digital nachgeführte Schwelle im Mikrokontroller mit dem demodulierten Signal zu vergleichen, um die Schwelle genau nachzuführen.
Die Erfindung wird nun an Hand eines in der Figur gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispieles näher beschrieben und erläutert.
In der Figur ist ein Blockschaltbild dieses bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispieles gezeigt.
Eine Sekundärspule S der Sekundärseite eines der Übersichtlichkeit wegen nicht eingezeichneten Übertragers ist an einen Spitzengleichrichter G angeschlossen, dessen Ausgang mit dem Eingang eines Mikrokontrollers M verbunden ist. Am Ausgang des Mikrokontrollers M ist das digitale Signal D abnehmbar. Wie bereits erwähnt detektiert der Mikrokontroller M die digitalen Nullen und Einsen und passt die Schwelle in Abhängigkeit der Anzahl der digitalen Nullen und Einsen an
Die Erfindung zeichnet sich durch folgende Vorteile aus:
Das Vergleichssignal wird digital geregelt. Während eines Bits bleibt die Schwelle konstant. Sie ist sehr fein nachführbar. Infolge der digitalen Verfahrensweise verringert sich der Aufwand an Bauteilen.
Die Erfindung ist insbesonders für den Einsatz in Vorrichtungen zur Übertragung von sowohl Energie als auch Daten in unidirectionaler Richtung und gegebenenfalls auch in bidirectionaler Richtung z. B. in Meßanlagen zur Messung physikalischer Größen, wie z. B. der pH-Wert, geeignet. Als Datenquelle dient z. B. ein Meßsensor. In derartigen Meßanlagen sind eine Primärseite mit einem Verstärker und eine Sekundärseite mit einem Messsensor vorgesehen, die mittels eines galvanisch vollständig getrennten Steckkontaktes induktiv miteinander gekoppelt sind. In explosionsgefährdeten Bereichen ist eine galvanische Trennung unerläßlich.

D: digitales Signal
G: Spitzengleichrichter
M: Mikrokontroller
S: Sekundärspule

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 0980603 B1 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Seifart, Analoge Schaltungen, Verlag Technik, Berlin, 1987, ISBN: 3-341-00091-7 [0007]

Claims

Verfahren zur Erzeugung eines digitalen Signals (D) aus einem amplitudenmodulierten Signal, das einem Spitzengleichrichter (G) zugeführt wird, dessen Ausgangssignal in einem Komparator mit einer in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Spitzengleichrichters (G) nachführbaren Schwelle verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal des Spitzengleichrichters (G) in einen Mikrokontroller (M) eingelesen und im Mikrokontroller (M) derart ausgewertet wird, daß der Mikrokontroller (M) die digitalen Nullen und Einsen detektiert und die Schwelle in Abhängigkeit von der Anzahl der digitalen Nullen und Einsen anpasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrokontroller (M) die digital nachgeführte Schwelle mit dem demodulierten und digitalisierten Ausgangssignal des Spitzengleichrichters (G) vergleicht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Komparator im Mikrokontroller (M) integriert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzengleichrichter (G) und der Mikrokontroller (M) auf der Sekundärseite eines Übertragers vorgesehen werden, auf dessen Primärseite ein Verstärker mit einer Primärspule am Ausgang vorgesehen wird.
Vorrichtung zur Erzeugung eines digitalen Signals (D) aus einem amplitudenmodulierten Signal, das einem Spitzengleichrichter (G) zuführbar ist, dessen Ausgangssignal in einem Komparator mit einer in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Spitzengleichrichters (G) nachführbaren Schwelle vergleichbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal des Spitzengleichrichters (G) in einen Mikrokontroller (M) einlesbar und im Mikrokontroller (M) derart auswertbar ist, daß die digitalen Nullen und Einsen vom Mikrokontroller (M) detektierbar sind und die Schwelle in Abhängigkeit von der Anzahl der digitalen Nullen und Einsen anpassbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Mikrokontroller (M) die digital nachgeführte Schwelle mit dem demodulierten und digitalisierten Ausgangssignal des Spitzengleichrichters (G) vergleichbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Komparator im Mikrokontroller (M) integriert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzengleichrichter (G) und der Mikrokontroller (M) auf der Sekundärseite eines Übertragers vorgesehen sind, auf dessen Primärseite ein Verstärker mit einer Primärspule am Ausgang vorgesehen ist.