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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zu Signalübertragung
zwischen einem ersten und einem zweiten System, wobei das erste
und das zweite System über eine Stromschleife miteinander
in Verbindung stehen, wobei ein Gleichstromsignal in einem ersten
Frequenzbereich und ein Wechselstromsignal in einem zweiten Frequenzbereich über
die Stromschleife übertragen werden, wobei sich das Gleichstromsignal
und das Wechselstromsignal überlagern, wobei das Wechselstromsignal
zur digitalen Signalübertragung und das Gleichstromsignal zur
analogen Signalübertragung verwendet werden.
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Weiterhin
bezieht sich die Erfindung auf eine elektrische und/oder elektronische
Schaltung zur Signalübertragung zwischen einem ersten und
einem zweiten System, wobei das erste und das zweite System über
eine Stromschleife miteinander in Verbindung stehen, wobei die Stromschleife
dazu dient, in einem ersten Frequenzbereich ein Gleichstromsignal und
in einem zweiten Frequenzbereich ein Wechselstromsignal zu übertragen,
wobei sich das Wechselstromsignal und das Gleichstromsignal überlagern, wobei
das Gleichstromsignal zur analogen Signalübertragung und
das Wechselstromsignal zur digitalen Signalübertragung
dient.
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In
der Prozessautomatisierungsindustrie werden vielfach Feldgeräte
eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessvariablen dienen.
Beispiele für derartige Feldgeräte sind Füllstandmessgeräte,
Druck- und Temperaturmessgeräte, pH-Messgeräte,
Leitfähigkeitsmessgeräte, Ventilsteuerungen usw.,
welche als Sensoren oder Aktoren Prozessvariablen wie Füllstand,
Durchfluss, Druck, Temperatur, pH-Wert oder Leitfähigkeit
erfassen oder steuern.
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Eine
Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Firma Endress
+ Hauser© hergestellt und vertrieben.
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Häufig
sind Feldgeräte mit übergeordneten Einheiten,
z. B. Prozessleitsystemen oder Steuerungen verbunden. Diese übergeordneten
Einheiten dienen zur Prozessüberwachung, Prozesssteuerung oder
Prozessvisualisierung.
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Die
Signalübertragung zwischen Feldgeräten und übergeordneten
Einheiten erfolgt häufig nach dem 4 bis 20 mA Standard über
eine Zweileiter-Stromschleife. Handelt es sich bei den Feldgeräten
um Sensoren, so werden die von ihnen erfassten Messwerte als Gleichstromsignal über
die Zweileiter-Stromschleife an die übergeordneten Einheiten übertragen.
Der Messbereich der Sensoren wird dabei linear auf einen 4 bis 20
mA Gleichstrom abgebildet. Normalerweise wird dieses Gleichstromsignal nicht
in der übergeordneten Einheit sondern in einem getrennten
Messumformerspeisegerät, welches mit der Zweileiter-Stromschleife
verbunden ist, erzeugt.
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Intelligente
Feldgeräte besitzen teilweise umfangreiche Diagnose- oder
Konfigurationsmöglichkeiten, die z. B. Informationen über
den Wartungszustand von Sensoren betreffen, Parametrierungen der
Messbereiche ermöglichen oder den Anwender auf baldigen
Ausfall des Gerätes hinweisen.
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Derartige
Diagnoseinformationen können nicht auf einfache Weise in
einem 4 bis 20 mA Gleichstromsignal kodiert werden. Eine Lösung,
welche ermöglicht, derartige Diagnose oder Konfigurationsmöglichkeiten,
bei Beibehaltung der physikalischen Zweileiter-Stromschleifen-Verdrahtung,
zu erschließen, besteht in der Nutzung einer digitalen
Kommunikation. Ein verbreiteter Standard für die digitale Kommunikation über
eine Zweileiter-Stromschleife ist der sogenannte „HART” Standard
(Akronym für „Highway Addressable Remote Transducer”).
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Bei
diesem Standard wird die Signalübertragung über
die Stromschleife in einem Frequenz F-Multiplex-Betrieb betrieben
(siehe auch 2). Im Frequenzband unter 30
Hz, dem so genannten „Analogband”, wird die Messgröße
analog über ein Gleichstromsignal zwischen 4 und 20 mA
kodiert. Damit ist die Kompatibilität mit bestehenden reinen
Analogsensoren ohne Diagnose- oder Wartungsfunktionalität
gewahrt. Das Frequenzband zwischen 100 Hz und rund 10 kHz wird für
die Übertragung digitaler Daten genutzt. Diese Frequenzen
werden durch ein das Gleichstromsignal überlagerndes Wechselstromsignal
erreicht. Zwei Standards für die Nutzung dieses Frequenzbandes
sind verbreitet: Bell 202 mit einer Baudrate von 1200 Hz und eine
PSK-Modulation mit einer Baudrate von 4800 Hz. Die PSK-Modulation wird
aufgrund von der höheren technischen Schwierigkeit bei
der Modulation und Demodulation trotz der höheren physikalischen Übertragungsrate
heute vielfach nicht eingesetzt.
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Für
den Einsatz von Feldgeräten in einem explosionsgefährdeten
Bereich, in dem Vorkehrungen gegen Zündfunken zwingend
sind, sind Maßnahmen im Hinblick auf die Betriebssicherheit
erforderlich. Eine Maßnahme zur Gewährleistung
der Betriebssicherheit besteht darin, die elektrischen Schaltungen
im Messaufnehmer oder Messumformer galvanisch zu trennen.
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Den
Vorteilen einer galvanischen Trennung steht ein erhöhter
Schaltungsaufwand entgegen. Insbesondere ist es erforderlich, die
Messgröße vom Messaufnehmer über die
galvanische Barriere in die Stromschleife, welche mit der übergeordneten
Einheit galvanisch gekoppelt ist, zu übertragen. Für
diese Übertragung sind aus dem Stand der Technik z. B. aus
der
DE 698 35 808
T2 bereits Vorrichtungen bekannt.
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Den
Vorteilen der galvanischen Barriere steht entgegen, dass diese auch
für Diagnoseinformationen ein Hindernis bildet. So kann
z. B. ein in der Stromschleife auftretender Fehler nicht mehr ohne weiteres
mit dem Feldgerät kommuniziert werden. Soll z. B. der in
der Stromschleife fließende Strom von der Elektronik des
Feldgerätes überwacht werden, ist es erforderlich,
Vorrichtungen zur Übertragung einer Kontrollgröße über
die galvanische Barriere vorzusehen, welche Rückschlüsse
auf den tatsächlich in der Stromschleife fließenden
Strom gestattet. Derartige Kontrollfunktionen sind insbesondere
für sicherheitskritische Anwendungen von hoher Bedeutung,
bei denen das Feldgerät Fehlfunktionen erkennen muss. Solche
Kontrollfunktionen werden unter anderem durch Normen wie SIL2 (Akronym
für „Safety Integrity Level 2”) für
sicherheitskritische Anwendungen vorgeschrieben.
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Werden
zwischen galvanisch getrennten Bereichen analoge Messsignale übertragen,
so können diese durch Alterung der Kopplungselemente verfälscht
werden. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, ausschließlich
digitale Signale zwischen den galvanisch getrennten Bereichen zu übertragen.
Die durch die galvanische Trennung verursachten Kosten steigen mit
der Anzahl der dafür benötigten Leitungen. Eine
Minimierung der Anzahl der die galvanische von einander getrennten
Bereiche verbindenden Leitungen ist daher anzustreben.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfachere Signalübertragung
vorzuschlagen.
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Die
Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens erfindungsgemäß dadurch
gelöst, dass mittels einer Steuereinheit ein erster Datenstrom
erzeugt wird, in welchem das in der Stromschleife einzustellende Gleichstromsignal
und Wechselstromsignal digital verschlüsselt sind, dass
der erste Datenstrom an eine Stromausgangsschaltung übermittelt
wird, dass der übermittelte erste Datenstrom von der Stromausgangsschaltung
in eine Stromsignal umgesetzt wird, welches Stromsignal aus dem
sich überlagernden Gleichstromsignal und Wechselstromsignal
besteht, oder dass der übermittelte erste Datenstrom von
der Stromausgangsschaltung in das Gleichstromsignal und das Wechselstromsignal
umgesetzt wird, und dass das Stromsignal bzw. das Gleichstromsignal und
das Wechselstromsignal in der Stromschleife eingestellt werden.
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Bei
dem ersten System kann es sich, wie bereits erwähnt, um
ein Feldgerät der Prozessautomatisierungstechnik handeln.
Ein solches Feldgerät ist oftmals über eine Stromschleife,
insbesondere über eine Zweileiter Stromschleife, mit einem
zweiten System, bspw. einer übergeordneten Einheit, etwa
einem Leitsystem oder einer Prozesssteuerung, verbunden.
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Über
die Stromschleife kann ein Gleichstromsignal, das bspw. einen von
einem Messaufnehmer/Sensor Sensor aufgenommenen Messwert repräsentiert
und ein Wechselstromsignal, das bspw. anderweitige prozessrelevante
Daten wie bspw. Parametereinstellungen enthält, von dem
ersten System an das zweite System, oder umgekehrt, übertragen
werden. Das Gleichstromsignal und das Wechselstromsignal überlagern
sich in der Stromschleife und das resultierende in der Stromschleife
eingestellte Stromsignal ist ein Mischstrom mit einem Gleichstromanteil
und einem Wechselstromanteil.
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Mittels
der Steuereinheit, die bspw. dem ersten System angehören
kann, und der Stromausgangsschaltung, die bspw. ebenfalls dem ersten
System angehören kann, können das Gleichstromsignal und
das Wechselstromsignal erzeugt und in der Stromschleife eingestellt
werden. Der erste Datenstrom kann bspw. mittels der Steuereinheit
erzeugt und ausgegeben werden. Bei der Steuereinheit kann es sich
um ein digitales, insbesondere programmgesteuertes, Rechenwerk handeln.
Eine solche Steuereinheit, bspw. eine Central Processing Unit oder
ein Field Programmable Gate Array, ist oftmals ohnehin in einem
Feldgerät vorhanden, um eine Funktionalität des
Feldgerätes zu gewährleisten – insbesondere um
eine Kommunikation mit dem Feldgerät zu ermöglichen.
Die Steuereinheit kann auch aus mehreren Komponenten, wie z. B.
einem Rechenwerk und einem daran angeschlossenen Register oder weiteren
elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen bestehen.
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In
dem ersten Datenstrom sind das in der Stromschleife einzustellende
Gleichstromsignal und Wechselstromsignal digital, vorzugsweise binär,
verschlüsselt. Der erste Datenstrom kann bspw. aus einer
Folge von Bits, einem sog. Bitstream, bestehen. Die in dem ersten
Datenstrom verschlüsselte Information weist bspw. eine
zeitlich geordnete Reihenfolge auf und kann fortlaufend erzeugt
und weiterverarbeitet werden. Überdies besteht die Möglichkeit,
den ersten Datenstrom sequentiell zu verarbeiten.
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Die
Stromausgangsschaltung dient bspw. dazu, den übermittelten
ersten Datenstrom in das Gleichstromsignal und das Wechselstromsignal
umsetzen. Der erste Datenstrom kann bspw. unmittelbar von der Stromausgangsschaltung
in das in der Stromschleife einzustellende Stromsignal umgesetzt werden,
welches Stromsignal aus dem sich überlagernden Gleichstromsignal
und Wechselstromsignal besteht.
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Alternativ
besteht die Möglichkeit einen Anteil des ersten Datenstroms,
der das Gleichstromsignal (in digital verschlüsselter Form)
enthält, von einem anderen Anteil des ersten Datenstroms
zu trennen, der das Wechselstromsignal (in digital verschlüsselter
Form) enthält, und den Anteil, der das Gleichstromsignal
enthält, getrennt von dem anderen Anteil, der das Wechselstromsignal
enthält, in das analoge Gleichstromsignal bzw. das analoge
Wechselstromsignal umzusetzen. Anschliessend kann das Wechselstromsignal
auf das Gleichstromsignal gekoppelt und in der Stromschleife eingestellt
werden.
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Mithilfe
des ersten Datenstroms, der das in der Stromschleife einzustellende
Wechselstromsignal und Gleichstromsignal in digital verschlüsselter Form
enthält, können die beiden Signale nunmehr über
eine einzige Signalleitung bzw. Datenleitung an die Stromausgangsschaltung übermittelt
werden. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass eine solche Übermittlung
mit einer geringen Anzahl von elektrischen und/oder elektronischen
Bauteilen realisiert werden kann und dadurch die Signalübertragung
zwischen dem ersten und dem zweiten System als auch die Übermittlung
von Signalen zwischen der Steuereinheit und der Stromausgangsschaltung
vereinfacht wird.
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In
einer Ausgestaltung des Verfahrens wird wenigstens ein Steuersignal
von der Steuereinheit erzeugt, in welchem das in der Stromschleife
einzustellende Wechselstromsignal und Gleichstromsignal digital
verschlüsselt wird. Der erste Datenstrom kann bspw. aus
dem von der Steuereinheit erzeugten Steuersignal gebildet werden
oder das Steuersignal kann in den ersten Datenstrom zusammengefasst und/oder
umgewandelt werden. Der Datenstrom kann bspw. aus dem Streuersignal
bestehen, wobei das Steuersignal das einzustellende Gleichstromsignal
und Wechselstromsignal in digital verschlüsselter Form
enthält. Hilfsweise kann der erste Datenstrom mittels des
von der Steuereinheit erzeugt Steuersignals erzeugt, bzw. daraus
abgeleitet, werden. In einer Variante wird das wenigstens eine Steuersignal
von der Steuereinheit an eine elektrische und/oder elektronische
Hilfseinheit gesendet, die aus dem Steuersignal den ersten Datenstrom
ableitet und/oder erzeugt. Von der Steuereinheit können
insbesondere auch mehrere Steuersignale erzeugt werden, die zur Erzeugung
des ersten Datenstroms dienen.
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In
einer anderen Ausgestaltung des Verfahrens wird wenigstens ein erstes
Steuersignal von der Steuereinheit erzeugt, in welchem das in der
Stromschleife einzustellende Wechselstromsignal digital verschlüsselt
wird und wenigstens ein zweites Steuersignal wird von der Steuereinheit
erzeugt, in welchem das in der Stromschleife einzustellende Gleichstromsignal
digital verschlüsselt wird. Das erste und das zweite Steuersignal
können zusammengefasst und/oder in den ersten Datenstrom
umgewandelt werden. Dadurch kann die zur Signalübertragung
benötigte Hardware reduziert werden. Weiterhin können
dadurch das Gleichstromsignal und das Wechselstromsignal unabhängig
voneinander erzeugt werden.
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In
einer Weiterbildung des Verfahrens werden das in der Stromschleife
eingestellte Gleichstromsignal und Wechselstromsignal in einen zweiten
Datenstrom umgewandelt, in welchem zweiten Datenstrom das Gleichstromsignal
und das Wechselstromsignal digital verschlüsselt werden,
und der zweite Datenstrom wird von der Stromausgangsschaltung an
die Steuereinheit rückübermittelt. Das in der
Stromschleife eingestellte Stromsignal bzw. Gleichstromsignal und
Wechselstromsignal können zu Überwachungszwecken
zurückgelesen werden. Dadurch kann die Funktion der Steuereinheit
und der Stromausgangsschaltung überwacht werden. Dies wird
in einfacher Weise durch die vorgeschlagene Weiterbildung erreicht,
indem für die Rückübermittlung der zweite
Datenstrom erzeugt wird, der das in der Stromschleife eingestellte
Gleichstromsignal und das Wechselstromsignal in digital, insbesondere
binär, verschlüsselter Form enthält.
Die in dem zweiten Datenstrom enthaltenen Anteile des Gleichstromsignals
und des Wechselstromsignals können in einfacher Weise voneinander
getrennt und überprüft werden. Zudem kann aufgrund
des digitalen Charakters des ersten und des zweiten Datenstroms
zur Erzeugung und zum Empfang des ersten und des zweiten Datenstroms
bspw. eine Steuereinheit mit ausschließlich digitalen Ein-/Ausgängen
oder zur Erzeugung bzw. zum Empfang des ersten und zweiten Datenstroms
ausschließlich digitale Eingänge und Ausgänge
der Steuereinheit verwendete werden.
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In
einer Weiterbildung des Verfahrens werden der erste Datenstrom und/oder
der zweite Datenstrom über eine galvanische Barriere übermittelt. Durch
die galvanische Barriere wird bspw. ein die Steuereinheit umfassender
Primärkreis von einem wenigstens die Stromausgangsschaltung
umfassenden Sekundärkreis elektrisch isoliert. Werden zwischen
den galvanisch getrennten Bereichen bspw. analoge Signale, insbesondere
Messsignale, übertragen, so können diese durch
Alterung der Kopplungselemente verfälscht werden. Es ist daher
vorteilhaft, ausschließlich digitale Signale zwischen den galvanisch
getrennten Systemen zu übertragen.
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In
einer Weiterbildung des Verfahrens wird mittels der Steuereinheit
ein Wert des in der Stromschleife eingestellten und rückübermittelten
Gleichstromsignals und/oder Wechselstromsignals mit einem Sollwert
verglichen. Im Fehlerfall kann aufgrund der verwendeten digitalen Übermittlung
somit zuverlässig ein entsprechendes Fehlersignal von der
Steuereinheit ausgegeben werden.
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In
einer Weiterbildung des Verfahrens ist ein Betriebsmodus vorgesehen,
in welchem Betriebsmodus mittels des ersten Datenstroms ein maximaler Wert
des in der Stromschleife einstellbaren Gleichstromsignals vorgegeben
wird, in welchem Betriebsmodus weiterhin der Wert des Gleichstromsignals
in der Stromschleife von einer in dem zweiten System vorgesehenen
Einheit auf einen Wert kleiner oder gleich dem maximalen Wert begrenzt
wird, und in welchem Betriebsmodus der in der Stromschleife eingestellte
Wert des Gleichstromsignals über den zweiten Datenstrom
an die Steuereinheit übermittelt wird. Beispielsweise enthält
das zweite System als zur Begrenzung des Gleichstromsignals vorgesehene
Einheit eine Stromquelle, welche den in der Stromschleife fließenden
Strom auf einen Stellwert begrenzt. Das im ersten digitalen Datenstrom übermittelte
einzustellende Gleichstromsignal kann dann auf einen Wert größer
als der maximal von dem zweiten System zu erwartende Wert gesetzt
werden, so dass der in der Stromschleife fließende Strom
nicht durch die Stromausgangsschaltung des ersten Systems sondern
durch die dafür vorgesehene Einheit des zweiten Systems
begrenzt wird. In dem vorgeschlagenen Betriebsmodus enthält
der an die Steuereinheit rückübermittelte zweite
digitale Datenstrom somit Informationen über den von der
zur Begrenzung des Gleichstromsignals vorgesehenen Einheit im zweiten
System eingestellten Stellwert des Gleichstromsignals.
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Hinsichtlich
der elektrischen und/oder elektronischen Schaltung wird die Aufgabe
erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
eine Steuereinheit vorgesehen ist, welche zur Erzeugung eines ersten
Datenstroms dient, in welchem ersten Datenstrom das in der Stromschleife
einzustellende Gleichstromsignal und Wechselstromsignal digital
verschlüsselt sind, dass eine erste Übermittlungseinheit
vorgesehen ist, welche dazu dient, den ersten Datenstrom an eine Stromausgangsschaltung
zu übermitteln, und dass eine Stromausgangsschaltung vorgesehen
ist, und dass die Stromausgangsschaltung dazu dient, den übermittelten
ersten Datenstrom in ein Stromsignal umzusetzen, welches Stromsignal
aus dem sich überlagernden Gleichstromsignal und Wechselstromsignal
besteht, oder das die Stromausgangsschaltung dazu dient, den übermittelten
ersten Datenstrom in das Gleichstromsignal und das Wechselstromsignal
umzusetzen.
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Mithilfe
der Steuereinheit kann ein erster Datenstrom erzeugt werden, in
welchem das einzustellende Gleichstromsignal und ein Wechselstromsignal digital
verschlüsselt sind. Das Gleichstromsignal kann dabei einem
von bspw. einem Messaufnehmer/Sensor Sensor aufgenommenen Messwert
und das Wechselstromsignal prozessrelevanten Daten, wie bspw. einem
Statussignal für die Wartung oder Parametrierung entsprechen.
Insbesondere handelt es sich bei dem Wechselstromsignal um ein gemäß dem
HART-Protokoll moduliertes Signal. Zur Übermittlung des
Datenstroms ist die Übermittlungseinheit vorgesehen. Die Übermittlungseinheit
kann aus einer Kabel-, Draht- oder Wellenleitung oder andersartigen
elektrischen und/oder elektromagnetischen, insbesondere optischen,
Verbindung bestehen. Von der Stromausgangsschaltung kann der übermittelte erste
Datenstrom in das Stromsignal, welches aus dem sich überlagernden
Gleichstromsignal und Wechselstromsignal zusammensetzt, umgesetzt werden.
Ein Vorteil der vorgeschlagenen Schaltung besteht wie bereits erwähnt
darin, dass das einzustellende Gleichstromsignal und Wechselstromsignal in
einem einzigen Datenstrom, nämlich dem ersten Datenstrom
digital verschlüsselt sind.
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In
einer Ausgestaltung der elektrischen und/oder elektronischen Schaltung
wird von der Steuereinheit wenigstens ein digitales Steuersignal erzeugt
und/oder ausgegeben, welches zur Erzeugung des Gleichstromsignals
und des Wechselstromsignals, insbesondere des ersten Datenstroms,
dient. Die Steuereinheit kann ein Steuersignal ausgeben, welches
Steuersignal bereits das einzustellende Gleichstromsignal und Wechselstromsignal
in digital verschlüsselter Form enthält und den
ersten Datenstrom bildet. Der Aufbau der vorgeschlagenen Ausgestaltung
ist besonders einfach und kann mit wenigen Bauteilen realisiert
werden.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der elektrischen und/oder elektronischen
Schaltung gibt die Steuereinheit wenigstens ein erstes digitales
Steuersignal aus, welches zur Erzeugung des Gleichstromsignals dient
und weiterhin wenigstens ein zweites digitales Steuersignal aus,
welches zur Erzeugung des Wechselstromsignals dient. In einer Ausgestaltung der
elektrischen und/oder elektronischen Schaltung ist eine erste Signalverarbeitungseinheit
vorgesehen, welche dazu dient, das erste und das zweite digitale Steuersignal
oder daraus abgeleitete Signale in den ersten Datenstrom zusammenzufassen
und/oder umzuwandeln. In dieser Ausgestaltung wird das Zusammenfassen
und/oder Umwandeln des ersten und des zweiten Steuersignals in den
ersten Datenstrom von der ersten Signalverarbeitungseinheit übernommen.
Dadurch können den jeweiligen Anforderungen entsprechende
elektrische und/oder elektronische aufeinander abstimmbare Standartbauteile
verwendet werden. Die digitalen Steuersignale können bspw.
mittels eines Addierwerks, das z. B. Teil der Signalverarbeitungseinheit
ist, zusammengefasst werden.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der elektrischen und/oder elektronischen
Schaltung umfasst die erste Signalverarbeitungseinheit einen digitalen Delta-Sigma-Modulator,
der dazu dient, den ersten Datenstrom zu erzeugen. Der digitale
Delta-Sigma-Modulator wandelt ein eingangsseitig anliegendes digitales
Signal ausgangsseitig in ein ebenfalls digitales Signal um.
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Eingangsseitig
kann dem digitalen Delta-Sigma-Modulator das mindestens eine Steuersignal oder
das zusammengefasste erste und zweite Steuersignal zugeführt
werden. Der ausgangsseitig ausgegebene erste Datenstrom kann bspw.
aus einem sog. Bitstrom bestehen. Alternativ ist auch die Verwendung
eines andersartigen Digital-Digital-Wandlers möglich. Die
Funktion der Signalverarbeitungseinheit kann bspw. in die Steuereinheit
integriert sein, sodass von der Steuereinheit lediglich der erste
Datenstrom ausgegeben wird.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der elektrischen und/oder elektronischen
Schaltung ist eine Synchronisierungseinheit vorgesehen, die dazu dient,
den übermittelten ersten Datenstrom mit einem vorgegebenen
Takt zu synchronisieren. Die Synchronisierungseinheit kann bspw.
aus einem Flip-Flop, insbesondere einem D-Flip-Flop, bestehen und
den an die Stromausgangsschaltung übermittelten ersten Datenstrom
mit einem vorgegebenen Takt synchronisieren. Dadurch wird ein von
Jitter ansatzweise befreites Signal erzeugt.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der elektrischen und/oder elektronischen
Schaltung weist die Stromausgangsschaltung einen ersten Filter mit
einer Tiefpasscharakteristik auf, welcher den übermittelten
ersten Datenstrom in eine analoge Spannung verarbeitet. Um den Frequenzbereich
des Wechselstromsignals nicht zu begrenzen, kann die Grenzfrequenz
des Tiefpassfilters höher gewählt werden, als die
Frequenz des in der Stromschleife einzustellenden Wechselstromsignals.
Der Frequenzbereich des Wechselstromsignals wird dann nicht durch
den Tiefpassfilter unterdrückt – vielmehr wird
lediglich Rauschen unterdrückt, welches von Frequenzen
herrührt, welche größer sind als die
des Wechselstromsignals.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der elektrischen und/oder elektronischen
Schaltung umfasst die Stromausgangsschaltung einen Spannungs-Strom-Wandler,
welcher zur Umsetzung der analogen Spannung in das Gleichstromsignal
und das Wechselstromsignal dient. Mittels des Spannungs- Strom-Wandlers
kann das als Spannungssignal vom Tiefpassfilter ausgegebene Ausgangssignal in
das in der Zweileiter-Stromschleife einzustellende Stromsignal umgesetzt
werden.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der elektrischen und/oder elektronischen
Schaltung sind elektrische und/oder elektronische Bauteile der Stromausgangsschaltung
räumlich von elektrischen Leiterbahnen umgeben, welche
Leiterbahnen aktiv auf dem im Wesentlichen gleichen Gleichspannungspotential
gehalten werden wie die elektrischen und/oder elektronischen Bauteile.
Damit kann der Abfluss von Leckströmen effektiv verhindert
oder verringert werden. Insbesondere die elektrischen und/oder elektronischen
Bauteile z. B. einem RC-Glieds des ersten Filters können
dabei von elektrischen Leiterbahnen umgeben sein, welche auf dem
im Wesentlichen gleichen Gleichspannungspotential wie die Bauteile selbst
gehalten werden, um das Abfließen von Leckströmen
zu verhindern und ein unverfälschtes Spannungssignal an
den Spannungs-Strom-Wandler weiterzuleiten.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der elektrischen und/oder elektronischen
Schaltung weist die Stromausgangschaltung eine zweite Signalverarbeitungseinheit
auf, welche das in der Stromschleife eingestellte Gleichstromsignal
und/oder Wechselstromsignal in einen zweiten Datenstrom umwandelt,
in welchem zweiten Datenstrom das Gleichstromsignal und das Wechselstromsignal
digital verschlüsselt sind.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der elektrischen und/oder elektronischen
Schaltung weist die zweite Signalverarbeitungseinheit einen analogen Delta
Sigma-Modulator auf, der dazu dient, den zweiten Datenstrom zu erzeugen.
Der analoge Delta-Sigma-Modulator kann wandelt ein eingangsseitig
anliegendes analoges Signal ausgangsseitig in ein digitales Signal
um. Eingangsseitig liegt an dem analogen Delta-Sigma-Modulator dann
bspw. das in der Stromschleife eingestellte Stromsignal an, welches
ausgangsseitig in einen zweiten Datenstrom umgewandelt wird. Auch
hier kann alternativ ein anderweitiger Analog-Digital-Wandler anstelle
des analogen Delta-Sigma-Modulators verwendet werden.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der elektrischen und/oder elektronischen
Schaltung ist ein für die Modulation verwendetes Schleifenfilter
des analogen Delta-Sigma-Modulators ein zeitkontinuierliches Filter.
Der zeitkontinuierliche Filter hat bspw. gegenüber einem
zeitdiskreten Filter einen größeren Signal/Rausch
Abstand. Zudem wird bei einem zeitdiskreten Filter kein Integrierter
Schaltkreis zum Schalten von bspw. Switched Capacitor-Schaltungen
benötigt.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der elektrischen und/oder elektronischen
Schaltung ist das für die Modulation verwendete Schleifenfilter
mittels eines einzigen Operationsverstärkers realisiert,
wobei ein Pol der Übertragungsfunktion durch ein RC-Glied realisiert
ist. Das zeitkontinuierliche Filter weist wenigstens ein. RC-Glied,
d. h. ein aus wenigstens einem Widerstand und wenigstens einem Kondensator aufgebautes
System, auf, welches einen bei einem zeitdiskreten Filter bspw.
zum Schalten der Kondensatoren verwendeten Integrierten Schaltkreis
ersetzt. Dies vereinfacht die Schaltung und verringert dadurch die
Herstellungskosten des analogen Delta-Sigma-Modulators. Die Polstellen
einer solchen Übertragungsfunktion bestimmen maßgeblich
das Übertragungsverhalten bspw. des ersten Filters mit Tiefpasscharakteristik.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der elektrischen und/oder elektronischen
Schaltung ist eine zweite Übermittlungseinheit vorgesehen,
die dazu dient, den zweiten Datenstrom an die Steuereinheit zu übermitteln.
Die zweite Übermittlungseinheit kann dabei ebenso wie die
erste Übermittlungseinheit aus einer Signal- und/oder Datenleitung
bestehen oder bspw. eine Einheit zur Signalübertragung über
eine galvanische Barriere sein. Bei der ersten und/oder zweiten Übermittlungseinheit
kann es sich insbesondere um einen Optokoppler oder um einen Übertrager
handeln.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der elektrischen und/oder elektronischen
Schaltung ist ein zweites Filter vorgesehen, welches zweite Filter
den über die zweite Übermittlungseinheit übermittelten zweiten
Datenstrom in ein erstes dem Gleichstromsignal entsprechendes Signal
und in ein zweites dem Wechselstromsignal entsprechendes Signal
trennt. Bei dem zweiten Filter kann es sich insbesondere um ein
Dezimationsfilter handeln und bei dem ersten Signal und dem zweiten
Signal kann es sich um digitale Signale handeln. Dieses erste und
zweite Signal können bspw. zu Überwachungszwecken
an die Steuereinheit rückübermittelt werden.
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Eine
weitere Ausgestaltung der Erfindung betrifft ein Feldgerät
der Prozess- und/oder Automatisierungstechnik mit einer elektrischen
und/oder elektronischen Schaltung in einer der vorgenannten Ausgestaltungen.
Insbesondere Feldgeräte, die zur Erfassung und/oder Steuerung
von Prozessvariablen dienen, kommunizieren über eine Stromschleife
mit einem zweiten System, insbesondere einer übergeordneten
Einheit. Die erfindungsgemäße Schaltung ermöglicht
ebenso eine zuverlässigere Signalübermittlung über
die galvanische Barriere sowie eine einfachere Signalübertragung über
die Stromschleife. Zudem wird die Diagnose der Feldgeräteelektronik, d.
h. der Steuereinheit und der Stromausgangsschaltung erleichtert.
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Die
Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher
erläutert. Es zeigt:
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1:
eine schematische Darstellung eines ersten Systems, das über
eine Stromschleife mit einem zweiten System verbunden ist,
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2:
eine schematische Darstellung des Frequenzspektrums des in der Stromschleife
einstellbaren Stromsignals,
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3:
eine schematische Darstellung der Steuereinheit und der Stromausgangsschaltung
aus dem Stand der Technik,
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4:
eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Schaltung,
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5:
eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Schaltung,
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6:
ein Ersatzschaltbild eines ersten Filters mit Tiefpasscharakteristik,
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7:
ein Ersatzschaltbild eines weiteren ersten Filters mit Tiefpasscharakteristik,
und
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8:
ein Ersatzschaltbild eines analogen Delta-Sigma-Modulators,
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1 zeigt
eine schematische Darstellung des ersten Systems S1 und des zweiten
Systems S2, die über eine Stromschleife L, hier ein zweiadriges Kabel,
miteinander verbunden sind. Das erste System S1 ist bspw. ein Feldgerät
der Prozessautomatisierungstechnik. Bei dem Feldgerät kann
es sich insbesondere um einen Aktor oder um einen Messaufnehmer/Sensor
handeln.
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Über
die Stromschleife L kann durch einen Wert des Gleichstromsignals
des in der Stromschleife L eingestellten Stroms eine Mess- und/oder
Regelgröße übertragen werden. Über
die Stromschleife L kann auch ein Wechselstromsignal, z. B. mittels
des HART-Protokolls übertragen und für die digitale
Signalübertragung genutzt werden. Das zweite System S2
kann eine übergeordnete Einheit, insbesondere eine Prozessleitstelle
oder eine Prozesssteuerung, sein. Eine Steuereinheit CPU zum Erzeugen
eines ersten Datenstroms U1, der das einzustellende Gleichstromsignal
und Wechselstromsignal enthält und eine Stromausgangsschaltung
S zur Umwandlung des ersten Datenstrom U1 in das Gleichstromsignal
und das Wechselstromsignal können in dem ersten System
S1 integriert sein.
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Exemplarisch
zeigt 2 das Frequenzspektrum des in der Stromschleife
L nachdem 4–20 mA Standard und dem HART-Protokoll übertragenen analogen
Stromsignals. Das Gleichstromsignal und das Wechselstromsignal, überlagern
sich in der Stromschleife L und bilden das analoge Stromsignal. Die
Signalübertragung erfolgt in zwei verschiedenen Frequenzbändern
AB, DB. Um dieses Frequenz-Multiplexing hardwaremäßig
zu realisieren, sind somit Bandpass und/oder Tiefpassfilter, insbesondere
einer höheren Ordnung, erforderlich, um das Wechselstromsignal
von dem Gleichstromsignal zu trennen.
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Das
Gleichstromsignal kann z. B. ein 4–20 mA Signal sein. Ein
solches Signal ist besonders niederfrequent (z. B. 0–30
Hz) und unterscheidet sich damit von den für die Digitalübertragung
verwendeten Frequenzen f des Wechselstromsignals von oberhalb 100
Hz.
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3 zeigt
ein Ersatzschaltbild einer Steuereinheit CPU und einer Stromausgangsschaltung
S aus dem Stand der Technik.
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Die
Steuereinheit CPU ist bspw. mit einem Sensor oder einem Aktor verbunden,
welcher von der Steuereinheit CPU aus gesteuert und/oder ausgelesen
werden kann. Der Sensor erzeugt bspw. eine analoge, der Messgröße
entsprechende Spannung.
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Ist
die Steuereinheit CPU bspw. mit einem solchen Sensor verbunden,
so wird eine von dem Sensor aufgenommene Messgröße
von der Steuereinheit CPU bspw. in einen digitalen Wert umgesetzt, welcher
mittels eines Digital-Analog- Wandlers DAC wiederum in eine analoge
Signalgröße, das Gleichstromsignal, umgesetzt
wird. Diese Signalgröße wird in der Stromschleife
L, welche mit dem zweiten System S2 verbunden ist, eingestellt.
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Vom
Anschluss AS der Stromschleife L wird das dort anliegende analoge
Stromsignal auf einen Analog-Digital-Wandler ADC aufgeschaltet.
Dieser setzt das analoge Signal in ein digitales Signal um, welches
von der Steuereinheit CPU gelesen werden kann.
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Auf
diese Art und Weise kann mittels der Steuereinheit CPU überprüft
werden, ob der analoge Übermittlungskanal bis zum Anschluss
AS an die Stromschleife L ordnungsgemäß funktioniert.
Es genügt dazu, den rückgelesenen Istwert des
Analogsignals an der Stromschleife L mit dem erwarteten Sollwert
zu vergleichen.
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Im
Fehlerfall können geeignete Maßnahmen, z. B. durch
Aktivierung einer Alarmleuchte oder eines Alarmsignals, ergriffen
werden.
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Um
zusätzlich zum analogen Signal auch die Vorteile der digitalen
Kommunikation mit der übergeordneten Einheit nutzen zu
können, enthält das erste System S1 die in 3 skizzierten
Schaltungsteile: HART-Modem und analoge Filter, wie bspw. den Bandpass
B1 und den Bandpass B2. Die Steuereinheit CPU überträgt
die Signalpegel bspw. einer asynchronen seriellen Schnittstelle
an eine digitale Schaltung, das sogenannte HART-Modem. Das HART-Modem
generiert ein Ausgangssignal, welches mittels eines ersten Bandpasses
B1 analog gefiltert wird, um dann auf die Stromschleife L aufgekoppelt
zu werden.
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Für
die Kommunikation in Gegenrichtung erfolgt ebenfalls eine analoge
Filterung der Signalpegel in der Stromschleife L über einen
zweiten Bandpass B2. Das Ergebnis dieser Filterung wird an eine
digitale Demodulationsschaltung, die bspw. Teil des HART-Modems
sein kann, übergeben und in ein Signal für eine
asynchrone digitale Schnittstelle umgesetzt, welche an die Steuereinheit
CPU angeschlossen ist. Für diese Filterung sind mehrstufige
aktive analoge Filter erforderlich.
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Die
in 3 aus dem Stand der Technik gezeigte Stromausgangschaltung
S besteht also im Wesentlichen aus dem Digital-Analog-Wandler DAC, dem
HART-Modem, einem Spannungs-Strom-Wandler SSW, einer Wechselstrom-Kopplungseinheit
K, dem Anschluss AS an die Stromschleife L und einem Analog-Digital-Wandler
ADC zur Funktionskontrolle.
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Charakteristisch
für die in 3 gezeigte Steuereinheit CPU
und Stromausgangsschaltung S ist, dass die einzelnen Schaltungsteile über
eine Vielzahl analoger oder digitaler Leitungen miteinander verbunden
sind. Ist eine galvanische Trennung zum Anschluss AS an die Stromschleife
L, d. h. zwischen Stromausgangsschaltung S und Steuereinheit CPU erforderlich,
so müssen entweder analoge Signale über die galvanische
Barriere GB übertragen werden oder alternativ eine große
Anzahl digitaler Signale.
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Die
Umsetzung einer galvanischen Trennung ist somit mit hohem schaltungstechnischem Aufwand
und mit hohen Kosten verbunden.
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4 zeigt
eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen elektrischen
und/oder elektronischen Schaltung, im Folgenden auch Schaltung genannt.
Die Schaltung ist in zwei Teilbereiche, den Primärkreis
und den Sekundärkreis, unterteilt, die galvanisch voneinander
getrennt sind. Die galvanische Trennung kann zwischen der Steuereinheit
CPU und der Stromausgangschaltung S vorliegen, und ist in 4 durch
die gestrichelte Linie angedeutet. Durch die galvanische Trennung
wird der Primärkreis, im Wesentlichen bestehend aus Sensor
und Steuereinheit CPU, von dem Sekundärkreis, im Wesentlichen bestehend
aus Stromausgangschaltung S, Stromschleife L und zweitem System
S2, getrennt. Eine Übermittlung des ersten und zweiten
Datenstroms U1, U2 kann bspw. über lediglich drei digitale Austauschsignale
U1, U2, U3 erfolgen und z. B. mittels drei Übermittlungseinheiten,
nicht gezeigt, realisiert werden.
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Ein
wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltung
besteht darin, dass zur Übermittlung des ersten Datenstroms
U1 ausschließlich digitale Bauteile in dem Primärkreis
verwendet werden. Sämtliche analogen Bauteile befinden
sich in dem von dem Primärkreis galvanisch getrennten,
elektrisch isolierten, Sekundärkreis. Damit werden Übermittlungen
von Störsignalen, welche z. B. durch schnelle Takte der
Steuereinheit CPU verursacht werden können, auf die analogen
Schaltungsteile unterbunden.
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Der
erste und der zweite Datenstrom U1, U2 können über
zwei Übermittlungseinheiten, nicht gezeigt, übermittelt
werden. Der in der Steuereinheit. CPU und der Stromausgangsschaltung
S vorliegende Takt CLK kann über ein drittes Austauschsignal U3 über
eine dritte Übermittlungseinheit, nicht gezeigt, übermittelt
werden. Synchron mit dem z. B. von der Steuereinheit CPU generierten
Takt CLK wird über die zwei Übermittlungseinheiten
je ein Datenstrom U1, U2 übertragen. Auf die Verwendung
einer separaten Übermittlungseinheit für den Takt
CLK kann verzichtet werden, wenn aus dem Stand der Technik bekannte
sogenannte Takt-Regenerationsschaltungen (Clock Recovery) verwendet
werden und der Takt CLK aus dem jeweiligen Datenstrom extrahiert
wird.
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Der
in Richtung der Stromschleife L übermittelte erste Datenstrom
U1 wird z. B. von einem digitalen Delta-Sigma-Modulator DM erzeugt.
Der digitale Delta-Sigma-Modulator DM wandelt ein eingangsseitig
anliegendes digitales Signal ausgangsseitig in ein ebenfalls digitales
Signal, insbesondere einen Bitstrom, um. In einer Ausführungsform
kann dafür ein digitaler Delta-Sigma-Modulator DM zweiter
Ordnung verwendet werden. In dem vom digitalen Delta-Sigma-Modulator
DM erzeugten ersten Datenstrom U1 ist sowohl der niederfrequente
Anteil des einzustellenden Gleichstromsignals als auch der höherfrequente
Anteil des einzustellenden Wechselstromsignals digital verschlüsselt.
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Der
erste Datenstrom U1 wird über eine galvanische Barriere
GB übertragen und auf ein erstes Filter F mit Tiefpasscharakteristik
aufgeschaltet. Vorteilhafterweise wird dieses erste, analoge Filter
F ausschließlich durch passive Bauelemente realisiert. Der
Verzicht auf aktive z. B. Halbleiterbauelemente ermöglicht
es, in einfacher Form eine hohe Linearität des ersten Filters
F sicherzustellen. Der Verzicht auf aktive Bauelemente, wie Transistoren
oder Operationsverstärker für das erste Filter
F reduziert gleichzeitig auch die Herstellungskosten der Schaltung.
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Der
erste Datenstrom U1 wird mittels einem ersten und einem zweiten
Steuersignal S1, S2 erzeugt. Das erste und das zweite Steuersignal
A1, A2 werden von der Steuereinheit CPU erzeugt und ausgegeben,
wobei das erste Steuersignal A1 zur Erzeugung des Gleichstromsignals
und das zweite Steuersignal A2 zur Erzeugung des Wechselstromsignals dient.
Das erste Steuersignal A1 wird an ein erstes Register R1 übertragen,
welches dem ersten Steuersignal A1 entsprechende, insbesondere digitale, Werte
W1 ausgibt. Das zweite Steuersignal A2 wird an ein zweites Register
R2 übertragen, welches dem zweiten Steuersignal A2 entsprechende,
insbesondere digitale, Werte W2 ausgibt. Mittels eines Addierers
ADD werden die Werte W1, W2 zusammengefasst und an den digitalen
Delta-Sigma-Modulator DM weitergeleitet. Durch den digitalen Delta-Sigma-Modulator
DM wird dann der erste Datenstrom U1 erzeugt.
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6 zeigt
ein Ersatzschaltbild eines ersten Filters F mit Tiefpasscharakteristik.
Der erste Filter F besteht im Wesentlichen aus einer Kaskade aus RC-Gliedern.
In 6 ist ein erster Filter F gezeigt, welcher aus
einer 4-stufigen Kaskade besteht. Ein erstes RC-Glied besteht dabei
aus dem fünfzehnten Widerstand R51 und dem ersten Glättungskondensator
C24. Ein zweites RC-Glied besteht dabei aus dem sechzehnten Widerstand
R49 und dem zweiten Glättungskondensator C25. Ein drittes
RC-Glied besteht dabei aus dem siebzehnten Widerstand R50 und dem
ersten dritten Glättungskondensator C26. Ein viertes RC-Glied
besteht dabei aus dem achtzehnten Widerstand R48 und dem vierten
Glättungskondensator C23. Der erste Filter F gibt als gefiltertes Ausgangssignal
ein Spannungssignal aus, welches auf einen Spannungs-Strom-Wandler
SSW gegeben und in ein Stromsignal umgesetzt wird. Der Spannungs-Strom-Wandler
SSW ist in 6 mittels eines Operationsverstärker
LM4, eines Feldeffekttransistor M2 und eines diskreten Transistors
Q15 realisiert. Operationsverstärker LM4 und Transistoren
Q15, M2 regeln den Spannungsabfall an einem Shuntwiderstand R46
so aus, dass die am Shuntwiderstand R46 abgegriffene Spannung exakt
der Ausgangsspannung des ersten Filters F mit Tiefpasscharakteristik entspricht.
Diese am Shuntwiderstand R46 abgegriffene Shuntspannung US ist direkt
proportional zu dem in der Stromschleife L eingestellten Stromsignal.
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Ist
im ersten Datenstrom U1 sowohl die niederfrequente als auch die
höherfrequente Signalkomponente, d. h. das einzustellende
Gleichstromsignal und das Wechselstromsignal, verschlüsselt,
so kann mittels der in 6 gezeigten Schaltung sowohl das
aus dem Gleichstromsignal bestehende ”Analogsignal” als
auch das aus dem Wechselstromsignal bestehende „HART”-Signal
auf die Stromschleife L aufgeschaltet werden. Nach Glättung
des ersten Datenstroms U1 im ersten Filter F mit Tiefpasscharakteristik
ergibt sich am nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers
LM4 eine Analogspannung mit einer Gleichspannungs- und einer Wechselspannungskomponente.
Durch den Feldeffekttransistor M2 und den Transistor Q15 wird dann
ein entsprechendes Stromsignal in der Stromschleife L eingestellt.
Dafür ist die Stromausgangsschaltung S an die elektrisch
negative Seite L– der Stromschleife L angeschlossen. Die
elektrisch positive Seite L+ der Stromschleife L ist an der Spannungsversorgung
PS angeschlossen. Der Operationsverstärker LM4 der Stromausgangsschaltung
S wird von der Spannungsversorgung PS gespeist.
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Die
Verschlüsselung des einzustellenden Gleichstromsignals
und des einzustellenden Wechselstromsignals in dem ersten Datenstrom
U1 kann dadurch realisiert werden, dass die Eingangsgröße, aus
welcher der digitale Delta-Sigma-Modulator DM den ersten Datenstrom
U1 errechnet wird, durch die Summe von zwei unterschiedlichen Komponenten, bspw.
dem ersten und dem zweiten Steuersignal A1, A2 oder daraus abgeleiteten
Signalen W1, W2, gebildet wird: einer niederfrequenten Komponente
für das einzustellende niederfrequente Gleichstromsignal und
einer schneller oszillierenden Komponente für das einzustellende
Wechselstromsignal. In der schneller oszillierenden Komponente können
die digitalen Kommunikationssignale verschlüsselt sein, welche
für die digitale Kommunikation mit dem zweiten System S2
genutzt werden.
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Der
zeitliche Verlauf der Schaltflanken des ersten Datenstroms U1, der
bspw. aus einem Bitstrom besteht, wird im Allgemeinen während
der Übermittlung über die galvanische Barriere
GB verfälscht. In 6 ist die
galvanische Barriere GB durch die gestrichelte Linie angedeutet.
Es entsteht ein sog. Jitter. Um den Einfluss dieses Jitters zu vermeiden,
enthält die Schaltung aus 6 zunächst ein
Flip-Flop FL, hier ein D-Flip-Flop, welches den ersten Datenstrom
U1 auf einen Takt CLK aufsynchronisiert, der bspw. in beiden voneinander
galvanisch getrennten Bereichen, dem Primär- und dem Sekundärkreis,
verfügbar ist. Für die Funktion ist dabei nicht
relevant, in welchem der beiden galvanisch voneinander getrennten
Bereiche der Takt CLK generiert wird. Entscheidend ist lediglich,
dass die Signalverarbeitung in beiden Bereichen mit dem gleichen
Takt CLK erfolgt.
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Das
Flipflop FL aus 6 wird mit einer präzisen
Referenzspannung REF, die an dem Versorgungseingang VCC des Flip-Flops
FL anliegt, betrieben. Diese Referenzspannung REF ermöglicht,
die am Eingang des Operationsverstärkers LM4 anliegende
Spannung präzise festzulegen. Enthält z. B. der
erste Datenstrom U1 ein Bitmuster, welches 50% der Zeit High- und
50% der Zeit Low-Pegel führt, so ergibt sich am Ausgang
des Flip-Flops FL 50% der Zeit eine Spannung von Null Volt und 50%
der Zeit die Referenzspannung REF. Am ersten Filter F, einem passiven
RC-Filter, aus 6 ergibt sich damit im zeitlichen
Mittel exakt die Hälfte der Referenzspannung REF.
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Für
den Fall, dass die erste Übermittlungseinheit, welche den
ersten Datenstrom U1 über die galvanische Barriere GB überträgt,
nur eine geringe Signalverfälschung, auch als Jitter bezeichnet,
verursacht, kann auf den Einsatz eines Flip-Flops FL verzichtet
werden. In diesem Fall kann der erste Datenstrom U1 von der ersten Übermittlungseinheit
direkt mit dem Eingang des ersten Filters F mit Tiefpasscharakteristik
verbunden werden.
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Um
eine bidirektionale Signalübertragung und somit auch Kommunikation
des ersten Systems S1 mit dem zweiten System S2 zu ermöglichen,
ist es erforderlich, dass die Steuereinheit CPU aus 4 Informationen über
das in der Stromschleife L eingestellte Stromsignal erhält,
in denen das zweite System S2, bspw. eine übergeordnete
Einheit, ihre digital zu übertragende Information verschlüsselt.
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Gleichzeitig
ist für die Überwachung der Funktion der Stromausgangsschaltung
S aus 4, die mehrheitlich aus analogen Bauteilen besteht,
erforderlich, eine Information über das in der Stromschleife
L eingestellte Stromsignal an die Steuereinheit CPU weiterzuleiten.
Dieses Stromsignal ist proportional zur Shuntspannung US, welche
bspw. an dem in 6 gezeigten Shuntwiderstand
R46 abgegriffen werden kann.
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Die Übertragung
der Informationen an die Steuereinheit CPU kann beispielsweise durch
einen analogen Delta-Sigma-Modulator AM realisiert werden, wie er
bspw. in 8 gezeigt ist.
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Der
von dem analogen Delta-Sigma-Modulator AM ausgegebene Datenstrom,
bspw. ebenfalls ein Bitstrom, kann als zweiter Datenstrom U2 verwendet werden,
welcher über die galvanische Barriere GB in Richtung Steuereinheit
CPU übertragen wird. Dieser zweite Datenstrom U2 wird synchron
zu einem Takt CLK generiert, der z. B. von der Steuereinheit CPU
erzeugt wird und an den analogen Delta-Sigma-Modulator AM in 8 übertragen
werden kann. Die gestrichelte Linie in 8 symbolisiert
die galvanische Barriere GB.
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In
dem zweiten Datenstrom U2 werden zwei Signalkomponenten verschlüsselt,
welche dem analogen Delta-Sigma-Modulator AM eingangsseitig zugeführt
werden. Einerseits handelt es sich um eine Shuntspannung US, welche
proportional zum Strom ist, welcher in der Stromschleife L fließt.
Andererseits handelt es sich um ein Spannungssignal, welches dem
Wechselstromsignal in der Stromschleife L entspricht. Das Spannungssignal
wird zu diesem Zweck auf ein passives analoges Hochpassfilter gegeben und
wechselstromentkoppelt auf den Delta-Sigma-Modulator aufgeschaltet.
Das wird mittels eines zwischengeschalteten elften Kondensators
C21 erreicht, der dazu dient Gleichspannungsanteile herauszufiltern.
in einer vorteilhaften Ausführung wird dieses Hochpassfilter
um eine Schaltungsstufe mit einer Frequenzcharakteristik ergänzt,
welche zum Beispiel Netzfrequenzen von 50 oder 60 Hz unterdrückt
und somit Störpegel verringert.
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Ein
solcher analoger Delta-Sigma-Modulator AM kann, im Gegensatz zu
den aus dem Stand der Technik bekannten analogen Delta-Sigma-Modulatoren
AM, mit geringeren Bauteilekosten aufgebaut werden, da keine Integrierten
Schaltkreise verwendet werden. Im Unterschied zu den aus dem Stand
der Technik bekannten Schaltungen ermöglicht der vorgeschlagenen
analoge Delta-Sigma-Modulator AM zusätzlich zum Empfang
digitaler Daten von der übergeordneten Einheit auch das
Rücklesen des innerhalb der Stromschleife L fließenden
Stroms und damit die Überwachung des ersten Filters F.
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Die
Komponenten eines analogen Delta-Sigma-Modulators AM werden aus
den folgenden drei Schaltungselementen gebildet: erstens aus einem
digitalen Register R (in 8 durch das Flip-Flop FL realisiert),
welches das Ausgangssignal eines Komparators LM3 auf einen Takt
CLK aufsynchronisiert. Drittens verknüpft ein sogenanntes
Schleifenfilter sowohl die analogen Eingangssignale des analogen Delta-Sigma-Modulators
AM als auch das Ausgangssignal des Registers R mit dem Eingang des
Komparators LM3. Im Zusammenhang mit 8 bezeichnet „Schleifenfilter” diejenigen
Bauelemente, welche in einem analogen Regelkreis den Ausgang des
Registers R (Signal Modulator Out) in Form einer sogenannten „Regelschleife” mit
dem Eingang des Komparators LM3 verknüpfen.
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Die
Frequenzcharakteristik dieses Schleifenfilters legt die Frequenzcharakteristik
des Digitalisierungsrauschens und damit die Auflösung des
analogen Delta-Sigma-Modulators AM fest. Je höher die Ordnung
dieses Tiefpasses, desto effektiver kann das Quantisierungsrauschen
unterdrückt werden. Jedoch ist bezüglich des Aussteuerverhaltens
und bezüglich der Stabilität des Regelkreises
des analogen Delta-Sigma-Modulators AM eine zu hohe Filterordnung
unvorteilhaft. Das Schleifenfilter aus 8 weist
damit eine Filtercharakteristik zweiter Ordnung auf, wobei die erste
Ordnung des Filters bzw. der erste Pol der zugehörigen Übertragungsfunktion
durch die Integratorschaltung (zehnter Widerstand R25, achter Kondensator
C4, Operationsverstärker LM2) gebildet wird und die zweite
Ordnung, bzw. der zweite Pol der Übertragungsfunktion durch
das aus dem siebten Widerstand R23 und dem sechsten Kondensator
C27 bestehende RC-Filter gebildet wird.
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Das
Schleifenfilter des analogen Delta-Sigma-Modulators AM in 8 wird
durch ein sogenanntes zeitkontinuierliches Filter realisiert. Dies
ermöglicht mit besonders preisgünstigen Operationsverstärkern
LM2, LM3 mit geringer Bandbreite und geringer Leistungsaufnahme
arbeiten zu können. Aus dem Stand der Technik bekannte
analoge Delta-Sigma-Modulatoren AM arbeiten üblicherweise
mit sogenannten zeitdiskreten Schleifenfiltern (Switched-Capacitor-Filter),
welche jedoch ohne die Entwicklung eines spezialisierten Integrierten
Schaltkreises nur schwer und damit teuer realisiert werden können.
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Eine
weitere Besonderheit ist, dass das in 8 gezeigte
Schleifenfilter eine Filtercharakteristik zweiter Ordnung realisiert,
dafür jedoch lediglich einen Operationsverstärker
LM2 benötigt.
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Eine
weitere Besonderheit besteht darin, dass der analoge Delta-Sigma-Modulator
AM aus 8 über zwei separate Eingangspfade verfügt, welche
unabhängig voneinander eine Gleichspannungs- und eine Wechselspannungskomponente
auf das Schleifenfilter aufkoppeln.
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Bezüglich
der Dimensionierung des Arbeitstaktes des analogen Delta-Sigma-Modulators
AM sind die folgenden Betrachtungen bedeutsam. Um mit preisgünstigen
Schaltungskomponenten auszukommen, z. B. mit Operationsverstärkern
mit einem geringen Verstärkungs-Bandbreiteprodukt (Gain Bandwidth
Product) von z. B. 1 MHz, ist es vorteilhaft, sich beim (Daten-)Takt
CLK auf Frequenzen unterhalb von ca. 3 MHz zu beschränken.
Andererseits ist eine ausreichende sogenannte Oversampling-Rate erforderlich,
um sicherzustellen, dass die größte gewünschte
Nutzfrequenz des analogen Delta-Sigma-Modulators AM mit ausreichend
geringer Verfälschung übertragen wird. Arbeitet
man zweckmäßig z. B. mit einer Oversampling-Rate
von mindestens 64 und einer Nutzfrequenz von max. 5 kHz, so ergibt sich
für den Takt CLK ein sinnvoller Minimalwert von rund 300
kHz. Vorteilhafterweise wird somit für den Takt CLK eine
Frequenz zwischen 200 kHz und 4 MHz verwendet. Soll der Modulator
nur fürs Zurücklesen des Gleichstromsignals verwendet
werden, kommen auch geringere Taktfrequenzen in Betracht, z. B.
von 64·30 Hz = 2 kHz.
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Sowohl
das Gleichstromsignal als auch das Wechselstromsignal finden sich
digital verschlüsselt in dem am Ausgang des Registers R
abgreifbaren zweiten Datenstrom U2 wieder, welcher über
die galvanische Barriere GB hinweg an die Steuereinheit CPU und/oder
Auswerteeinheit weitergeleitet werden kann.
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In
einem digitalen Dezimationsfilter D1 können der dem Gleichstromsignal
entsprechende Anteil und der dem Wechselstromsignal entsprechende
Anteil des zweiten Datenstroms U2 wiederum voneinander getrennt
und an die Steuereinheit CPU weitergeleitet werden. Mittels digitaler
Signalverarbeitung können dann aus dem dem Wechselstromsignal
entsprechenden Anteil des zweiten Datenstroms U2 die digitalen Daten
extrahiert werden, welche bspw. die übergeordnete Einheit
in die Stromschleife L einstellt hat. Eine Auswertung ermöglicht
damit den Empfang von digitalen Daten seitens der Steuereinheit
CPU.
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Von
Vorteil ist, dass die Verschlüsselung von Gleichstromsignalen
und Wechselstromsignalen auf einer einzelnen Digitalleitung mittels
Delta-Sigma-Modulatoren möglich ist und die Erzeugung der Datenströme
U1, U2 ohne großen Hardware-Aufwand gelingt.
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Ein
digitaler Delta-Sigma-Modulator DM kann z. B. mit nur wenig Logikressourcen
innerhalb in eines sogennanten Field Programmable Gate Arrays FPGA
oder eines sogenannten Complex Programmable Logic Device CPLD Integrierten
Schaltkreises realisiert werden.
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Auch
ein analoger Delta-Sigma-Modulator AM lässt sich mit einer
geringen Anzahl elektronischer Bauelemente einfach aufbauen. Es
werden im Minimalfall nur ein Operationsverstärker LM2
und ein Komparator LM3 benötigt.
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Die
Anzahl der elektronischen Komponenten ist damit weit geringer als
bei im Stand der Technik verwendeten konventionellen Lösungen.
Dies geht mit einer erhöhten Robustheit und geringeren
Bauteilekosten einher.
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Ein
weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltung
besteht darin, dass die Anzahl der Schaltungskomponenten, welche
für die Erzeugung und Überwachung der analogen
4–20 mA Signale benötigt werden, sehr gering ist.
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Insbesondere
kann die eigentlich als Stromausgang S konzipierte Schaltung mit
der erfindungsgemäßen Rückleseschaltung
ohne Mehrkosten auch als „Stromeingang” genutzt
werden. Dafür kann ein Betriebsmodus des ersten der Steuereinheit
CPU und der Stromausgangsschaltung S vorgesehen sein. Bei der Nutzung
der in 4 gezeigten Schaltung als „Stromeingang” wird
das erste System S1 über eine Stromschleife L mit einem
zweiten System S2 verbunden, welches zweite System S2 den innerhalb
der Stromschleife L fließenden Strom bspw. mittels einer
Stromquelle oder einer anderen vorgesehenen Einheit auf einen Stellwert
begrenzen kann. Wird der Strom des Spannungs-Strom-Wandlers SSW
aus 4 auf einen maximalen Wert eingestellt, so wird
der innerhalb der Stromschleife L fließende Strom nicht
durch die Steuereinheit CPU und die Stromausgangschaltung S begrenzt,
sondern vielmehr durch die Stromquelle oder die dafür vorgesehene
Einheit des zweiten Systems S2 auf den Stellwert begrenzt. Der Rücklesekanal
aus 8 liefert in diesem Fall den effektiv innerhalb
der Stromschleife L fließenden Strom zurück. Die
kombinierte Schaltung bestehend aus Steuereinheit CPU und Stromausgangschaltung
S arbeitet in diesem Fall als „Stromeingang”.
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Für
die Genauigkeit des im Betrieb als Stromausgang S generierten Gleichstromsignals
bestimmend sind, neben der Genauigkeit der Referenzspannung REF
mit der das Flip-Flop FL betrieben wird, die Genauigkeit des Shuntwiderstands
R46 und die Genauigkeit des ersten Filters F.
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Da
im Fall von Nebenschlusswiderständen eine Genauigkeit von
wenigen ppm auch für Präzisionswiderstände
unter Serienbedingungen nicht gewährleistet werden kann,
ist in der Praxis ein Abgleich der Schaltung zur Generierung der Gleichstromsignale
und Wechselstromsignale erforderlich. Für die in der Fertigung
erforderlichen Prozesszeiten ist für die Abgleichdauer
die Einschwingzeit der Schaltung maßgeblich. Diese Einschwingzeit
wird in dem Ausführungsbeispiel in 6 in erster
Linie durch die Frequenzcharakteristik des analogen, ersten Filters
F, bestehend aus der RC-Filter-Kaskade, vorgegeben. Ein wesentlicher
Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltung besteht
darin, dass bei Verwendung eines digitalen Delta-Sigma-Modulators
DM zur Generierung des ersten Datenstroms U1 ein erster Filter F
mit einer besonders hohen Grenzfrequenz verwendet werden kann. Vorteilhafterweise
wird diese Grenzfrequenz in der Größenordnung
der maximalen Frequenz der Wechselstromkomponente gewählt,
welche für die digitale Datenkodierung genutzt wird. Im
Fall des HART-Protokolls beispielsweise oberhalb von ca. 2.2 kHz
(Baudrate 1200 BPS) oder ca. 6 kHz (Baudrate 4.8 BPS). Durch Verwendung dieser
hohen Grenzfrequenz ergibt sich automatisch eine besonders geringe
Einschwingzeit. Diese kurze Einschwingzeit ermöglicht z.
B. den Abgleich einer Elektronikbaugruppe innerhalb einer besonders
kurzen Prüfzeit.
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In
einer Ausführungsform verfügt die erfindungsgemäße
Schaltung über einen nichtflüchtigen Speicher,
beispielsweise in Form eines sogenannten EEPROMs oder FLASH-Speichers.
Nach Durchführung der Abgleichmessung können Korrekturwerte ermittelt
und im Speicher abgelegt werden, welche die rechnerische Kompensation
der Toleranzen des Shuntwiderstand R46s ermöglichen und
somit eine hohe Genauigkeit des Stromsignals in der Stromschleife
L.
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Auf
die gleiche Weise können auch Toleranzen der verwendeten
Referenzspannung REF und eine sich ggf. ausbildende sogenannte Offsetspannung
des Operationsverstärkers LM4 aus 6 und 7 ermittelt
und kompensiert werden.
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Da
für die Genauigkeit des innerhalb der Stromschleife L fließenden
Stromsignals die am nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers
LM4 aus 6 anliegende Spannung maßgeblich
ist, ist es erforderlich, ggf. fließende Leckströme zu
berücksichtigen. Fließt beispielsweise über
den zweiten Glättungskondensator C25 aus 6 ein parasitärer
Gleichstrom, z. B. wegen Feuchtigkeitsfilmen auf dem Bauelement,
so führt dieser Gleichstrom zu einem Spannungsabfall am
zweiten RC-Glied. Analoge Überlegungen gelten für
alle Bauelemente des in 6 gezeigten ersten Filters F
mit Tiefpasscharakteristik. Zu einer ebensolchen Verfälschung
des Gleichspannungspotentials führt ein Leckstromabfluss,
welcher zwischen einem der Widerstandsanschlüsse des ersten
Filters F und einem sich in der Nähe befindlichen Bauelement
oder einer sich in der Nähe befindlichen Leiterbahn ausbildet. Entscheidend
für die Auswirkung eines Leckstromabflusses auf die Genauigkeit
des Aufbaus ist die Gleichstromimpedanz des Schaltungsknotens. Nur bei
einer hohen Impedanz ergibt sich durch Leckströme ein bedeutsamer
Spannungsabfall.
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In 6 betrifft
das somit insbesondere die Schaltungsknoten des ersten Filters F,
die nicht beliebig niederohmig ausgeführt werden können,
weil sonst die Ausgangsimpedanz des Treibergatters – in 7 das
D-Flip-Flop – nicht gering genug ist.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform ist daher der erste
Filter F mit einem isolierenden Schutzlack überdeckt. Das
Aufbringen einer Schutzlackierung bedeutet für die Erzeugnisfertigung
einen zusätzlichen Prozessschritt, welcher Material- und
Arbeitskosten verursacht.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wir die
Ausbildung parasitärer Leckströme der oben beschriebenen
Art auf andere Weise unterbunden. Zu diesem Zweck werden der erste,
zweite, dritte und vierte Glättungskondensator C24, C25, C26,
C23 nicht mehr leitend mit einem Massepotential verbunden, sondern
mit einem Schirmsignal, welches näherungsweise das gleiche
Gleichspannungspotential aufweist, wie es am nicht invertierenden Eingang
des Operationsverstärkers LM4 anliegt, bezüglich
höherer Frequenzen jedoch niederimpendant mit dem Massepotential
verbunden ist. Vorteilhafterweise wird der Signalpfad des ersten,
zweiten, dritten und vierten RC-Gliedes des ersten Filters F außerdem
mittels einer Leiterschleife aktiv geschirmt, d. h. mit einem sogenannten
Wächter-Ring G (Guard-Ring) umschlossen, wobei dieser Wächterring
G ebenfalls mit einem solchen Schirmsignal verbunden ist. Dieser
Wächterring G ist auf der Leiterplatte der erfindungsgemäßen
Baugruppe vorteilhafterweise nicht mit Isolationsschutzlack überdeckt,
d. h. frei von Isolationsschutzlack.
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Durch
Verwendung des Wächterrings G und des Schirmpotentials
an dem ersten, zweiten, dritten und vierten Glättungskondensator
wird sichergestellt, dass in der Umgebung der hochohmigen Schaltungsknoten
des ersten Filters F die Ausbildung einer Gleichstromkomponente
unterbunden wird, welche zwischen diesem Knoten und einem anderen
Potential fließen könnte.
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Eine
mögliche Realisierung eines erfindungsgemäßen
Schirmpotentials ist in 7 dargestellt. Das Schirmpotential
wird in diesem Fall dadurch generiert, dass eine Spannung genutzt
wird, welche das gleiche Wechselspannungspotential führt,
wie der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers
LM4. Im Unterschied zum Eingang des Operationsverstärkers
LM4 ist diese verwendete Spannung aber wesentlich niederimpedanter.
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Das
erste Filter F aus 7 kann eine Grenzfrequenz aufweisen,
welche die Transmission der für die digitale Kommunikation
mit dem zweiten System S2 verwendeten Wechselstromsignal-Frequenzbereiche
gestattet. Andererseits soll die Grenzfrequenz ausreichend niedrig
sein, um im ersten Datenstrom U1 gegebenenfalls enthaltenes hochfrequentes
Signalrauschen ausreichend zu unterdrücken. Ist der erste
Datenstrom U1 bspw. ein Bitstrom und wird als Bitrate des Bitstroms
beispielsweise eine Frequenz F von 500 kHz bis 1 MHz verwendet,
so sollte die Grenzfrequenz des ersten Filters F mit Tiefpasscharakteristik
um eine ausreichende sogenannte „Oversampling-Rate” von
z. B. 128 bis 256 niedriger liegen als die Datenrate des Bitstroms.
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Im
Allgemeinen ist jedoch eine sogenannte „flache” Übertragungscharakteristik
mittels passiver RC-Glieder nur schwer zu realisieren, d. h. eine Übertragungscharakteristik,
welche im relevanten Frequenzband Signale unabhängig von
der Frequenz mit gleicher Amplitude überträgt.
Im Fall eines Filters mit Tiefpasscharakteristik werden im Allgemeinen
höhere Signalfrequenzen stärker bedämpft
als niedrigere Signalfrequenzen. Dies kann dazu führen, dass
die an das zweite System S2 zu übertragenden Stromsignale
höherer Frequenz, z. B. 2200 Hz, stärker bedämpft
werden als die Signalkomponenten geringerer Frequenz, z. B. 1200
Hz. Dieses Problem kann dadurch behoben werden, dass an Stelle eines passiven
RC-Gliedes ein aktives Filter zum Einsatz kommt. Dies würde
jedoch in höheren Kosten und in einer potentiellen Nichtlinearität
resultieren. Alternativ ist es möglich die Verzerrung auf
andere Weise zu beheben. Zu diesem Zweck kann ein digitales Filter DF
hinzugefügt werden, welches die Verzerrung im ersten Filter
F mit Tiefpasscharakteristik annähernd kompensiert. Das
digitale Filter DF kann an verschiedenen Stellen im Signalpfad positioniert
werden. Eine mögliche Position ist in 5 gezeigt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird die Berechnung der
Summe der Steuersignale bzw. des ersten und des zweiten Steuersignals
ebenso wie die Steuersignale selbst bzw. das erste und zweite Steuersignal
in einem digitalen Schaltkreis durchgeführt. Beispielsweise
innerhalb eines sogenannten Gate-Arrays, Structured ASIC oder innerhalb
eines sogenannten FPGAs oder CPLDs.
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Bezugszeichenliste
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- S1
- Erstes System
- S2
- Zweites System
- L
- Zweileiter-Stromschleife
- AB
- Erster Frequenzbereich
des Gleichstromsignals
- DB
- Zweiter Frequenzbereich
des Wechselstromsignals
- E
- Energie
- F
- Frequenz
- CPU
- Steuereinheit
- DAC
- Digital-Analog-Wandler
- ADC
- Analog-Digital-Wandler
- HART-MODEM
- HART MODEM
- B1
- Erster Bandpassfilter
- B2
- Zweiter Bandpassfilter
- K
- Wechselstromkopplung
- AS1
- Anschluss Stromschleife
- SSW
- Spannungs-Strom-Wandler
- R1
- Erstes Register
- R2
- Zweites Register
- ADD
- Addierer
- DM
- Digitaler Delta-Sigma-Modulator
- AM
- Analoger Delta-Sigma-Modulator
- F
- Erster Filter
- Sensor
- Messaufnehmer/Sensor
- D1
- Dezimationsfilter
- DF
- Digitaler Filter
- CLK
- Takt
- GND
- Masse
- VCC
- Versorgungseingang
- Q15
- Transistor
- REF
- Versorgungsspannung
- LM2
- Operationsverstärker
- LM3
- Komparator
- LM4
- Operationsverstärker
- GB
- Galvanische Barriere
- FL
- Flip-Flop
- M2
- Feldeffekttransistor
- Q15
- Transistor
- L+
- Positiver Stromschleifenanschluss
- L–
- Negativer Stromschleifenanschluss
- PS
- Spannungsversorgung
- REF
- Referenzspannung
- PS2
- Versorgungsspannung
für Operationsverstärker
- PS3
- Versorgungsspannung
für Operationsverstärker
- PS4
- Versorgungsspannung
für Operationsverstärker
- U1
- Erster Datenstrom
- U2
- Zweiter Datenstrom
- U3
- Taktsignal
- G
- Wächterring
- US
- Shuntspannung
- R46
- Shuntwiderstand
- R
- Register
- S
- Stromausgangsschaltung
- A1
- Erstes Steuersignal
- A2
- Zweites Steuersignal
- C24
- Erster Glättungskondensator
- C25
- Zweiter Glättungskondensator
- C26
- Dritter Glättungskondensator
- C23
- Vierter Glättungskondensator
- C22
- Kondensator
- R64
- Erster Widerstand
- R63
- Zweiter Widerstand
- R62
- Dritter Widerstand
- R61
- Vierter Widerstand
- R53
- Fünfter Widerstand
- C22
- Erster Kondensator
- C32
- Zweiter Kondensator
- C31
- Dritter Kondensator
- C29
- Vierter Kondensator
- C28
- Fünfter Kondensator
- R30
- Sechster Widerstand
- C27
- Sechster Kondensator
- C5
- Siebter Kondensator
- R23
- Siebter Widerstand
- C4
- Achter Kondensator
- R13
- Achter Widerstand
- R44
- Neunter Widerstand
- C20
- Neunter Kondensator
- R25
- Zehnter Widerstand
- R28
- Elfter Widerstand
- C19
- Zehnter Kondensator
- R40
- Zwölfter
Widerstand
- C21
- Elfter Kondensator
- R41
- Dreizehnter Widerstand
- R12
- Vierzehnter Widerstand
- R51
- Fünfzehnter
Widerstand
- R49
- Sechzehnter Widerstand
- R50
- Siebzehnter Widerstand
- R48
- Achtzehnter Widerstand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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