DE102010062310A1

DE102010062310A1 - Circuit arrangement for transmitting a digital signal with an optocoupler

Info

Publication number: DE102010062310A1
Application number: DE201010062310
Authority: DE
Inventors: Manfred Eckthaler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-12-01
Filing date: 2010-12-01
Publication date: 2012-06-06
Also published as: WO2012072286A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Übertragung eines Digitalsignals mit einem Optokoppler (U1) sowie ein Feldgerät (1) mit einer derartigen Schaltungsanordnung. Oftmals werden Schaltungskonzepte gewünscht, die im Fehlerfall einen definierten/sicheren Zustand erzeugen. Durch Ansteuerung des Optokopplers (U1) mit einem Rechtecksignal über eine Reihenschaltung aus einem Kondensator (C1) und einem Widerstand (R1) wird der Optokoppler nicht nur bei einem Bruch oder Kurzschluss der Zuleitung, sondern auch bei einem Schluss gegen die Betriebsspannung in einen definierten Zustand gebracht. Allerdings ginge der Spannungshub auf etwa die Hälfte der ursprünglichen Amplitude zurück und das Ansteuersignal für den Optokoppler wäre symmetrisch zum Bezugspotential am Verbindungspunkt (AC) des Kondensators (C1) mit dem Widerstand (R1). Wird zwischen Verbindungspunkt (AC) und das Bezugspotential zusätzlich eine Gleichrichterdiode (D1) mit ihrer Kathode am Verbindungspunkt (AC) geschaltet, so erhält man annähernd die ursprüngliche Amplitude. Durch diese Schaltungsanordnung wird auch bei vergleichsweise geringer Betriebsspannung eine zuverlässige Übertragung des Digitalsignals gewährleistet. Zur Glättung des Ausgangssignals kann an einen Ausgangsanschluss (OUT) des Optokopplers (U1) ein Glättungskondensator (C2) angeschlossen werden.The invention relates to a circuit arrangement for transmitting a digital signal with an optocoupler (U1) and a field device (1) with such a circuit arrangement. Often, circuit concepts are desired that generate a defined / safe state in the event of a fault. By controlling the optocoupler (U1) with a square-wave signal via a series connection of a capacitor (C1) and a resistor (R1), the optocoupler is not only in a defined state in the event of a break or short circuit in the supply line, but also in the event of a short to the operating voltage brought. However, the voltage swing would decrease to about half the original amplitude and the control signal for the optocoupler would be symmetrical to the reference potential at the connection point (AC) of the capacitor (C1) with the resistor (R1). If a rectifier diode (D1) is also connected between the connection point (AC) and the reference potential with its cathode at the connection point (AC), approximately the original amplitude is obtained. This circuit arrangement ensures reliable transmission of the digital signal even with a comparatively low operating voltage. To smooth the output signal, a smoothing capacitor (C2) can be connected to an output connection (OUT) of the optocoupler (U1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Übertragung eines Digitalsignals mit einem Optokoppler sowie ein Feldgerät zur Prozessinstrumentierung mit einer derartigen Schaltungsanordnung.The invention relates to a circuit arrangement for transmitting a digital signal with an optocoupler and a field device for process instrumentation with such a circuit arrangement.

In prozesstechnischen Anlagen werden zur Steuerung von Prozessen vielfältige Feldgeräte für die Prozessinstrumentierung eingesetzt. Messumformer dienen zur Erfassung von Prozessvariablen, wie beispielsweise Temperatur, Druck, Durchflussmenge, Füllstand, Dichte oder Gaskonzentration eines Mediums. Durch Stellglieder kann der Prozessablauf in Abhängigkeit von erfassten Prozessvariablen entsprechend einer beispielsweise von einer Leitstation vorgegebenen Strategie beeinflusst werden. Als Beispiele für Stellglieder seien ein Regelventil, eine Heizung oder eine Pumpe genannt. Zur Übertragung von Prozessvariablen und von Feldgeräteparametern ist an den Feldgeräten eine Kommunikationsschnittstelle vorgesehen, die beispielsweise eine Kommunikation über eine Zweidrahtleitung oder eine drahtlose Kommunikation ermöglicht. Für eine drahtgebundene Kommunikation sind in der Prozessautomatisierung beispielsweise PROFINET, PROFIBUS, Ethernet-IP oder MODBUS TCP verbreitet. Mit einer 4 bis 20 mA-Schnittstelle kann eine Verbindung zwischen Feldgerät und beispielsweise einem Automatisierungsgerät realisiert werden, bei welcher mit einem analogen Stromsignal gleichzeitig ein Wert einer Prozessvariablen und die zum Betrieb des Feldgeräts erforderliche Hilfsenergie übertragen werden.In process engineering plants, a variety of field devices are used for process instrumentation to control processes. Transmitters are used to record process variables, such as temperature, pressure, flow rate, level, density or gas concentration of a medium. By means of actuators, the process flow can be influenced as a function of detected process variables in accordance with a strategy predetermined, for example, by a control station. As examples of actuators may be mentioned a control valve, a heater or a pump. For the transmission of process variables and field device parameters, a communication interface is provided on the field devices, which enables, for example, communication via a two-wire line or wireless communication. For wired communication, for example, PROFINET, PROFIBUS, Ethernet-IP or MODBUS TCP are used in process automation. With a 4 to 20 mA interface, a connection between the field device and, for example, an automation device can be realized in which an analog current signal simultaneously transmits a value of a process variable and the auxiliary energy required for operating the field device.

Ein derartiges Feldgerät mit 4 bis 20 mA-Schnittstelle ist beispielsweise aus der DE 197 23 645 B4 bekannt. Über eine Zweidrahtleitung wird das Feldgerät zur Kommunikation beispielsweise mit einer Peripheriebaugruppe eines Automatisierungsgeräts verbunden. Ein zwischen den beiden Grenzwerten veränderliches analoges Stromsignal, das einen in dem Feldgerät von einem Sensor erfassten Wert einer Prozessvariablen repräsentiert, wird im Falle eines Messumformers von diesem in die Zweidrahtleitung eingeprägt. Dazu ist in dem Feldgerät eine steuerbare Stromquelle vorgesehen. Zudem weist das Feldgerät einen Spannungsregler auf, der eine weitgehend konstante Betriebsspannung für die elektronischen Schaltungsteile des Feldgeräts erzeugt. Insbesondere bei Feldgeräten mit 4 bis 20 mA-Schnittstelle, prinzipiell aber auch bei Feldgeräten mit anderen Kommunikationsschnittstellen, bei welchen keine von der Kommunikationsschnittstelle unabhängige Versorgungsmöglichkeit für Betriebsenergie besteht, stellt sich das Problem, dass lediglich eine beschränkte Menge an Versorgungsenergie zur Verfügung steht.Such a field device with 4 to 20 mA interface is for example from the DE 197 23 645 B4 known. Via a two-wire line, the field device is connected for communication with, for example, a peripheral assembly of an automation device. A variable between the two limits analog current signal representing a detected in the field device from a sensor value of a process variable is impressed in the case of a transmitter of this in the two-wire line. For this purpose, a controllable current source is provided in the field device. In addition, the field device has a voltage regulator which generates a largely constant operating voltage for the electronic circuit parts of the field device. In particular, in field devices with 4 to 20 mA interface, but in principle also in field devices with other communication interfaces, in which no independent of the communication interface supply option for operating energy, there is the problem that only a limited amount of energy supply is available.

In der DE 10 2009 014 252 A1 wird dazu weiter ausgeführt, dass bei der Entwicklung von Feldgeräten mit einer Kommunikationsschnittstelle die Einhaltung des maximal zulässigen Leistungsbedarfs der elektronischen Schaltungsteile immer eine sehr große Herausforderung darstellt. Dabei muss das Feldgerät die geforderten Eigenschaften, z. B. bezüglich Messgenauigkeit oder Diagnosefunktionen, sicher erfüllen. Verstärkt wird das Problem der beschränkt verfügbaren Versorgungsenergie noch durch die SIL (Safety Integrity Level)-Anforderungen. Dabei müssen beispielsweise alle verwendeten Bauelemente des Feldgeräts ihre Spezifikation bezüglich der zulässigen Versorgungsspannungen einhalten und oftmals sind zur Realisierung einer Redundanz zusätzliche Bauelemente erforderlich. Die elektronischen Schaltungsteile müssen für einen Betrieb unter Worst-Case-Bedingungen ausgelegt werden und die zur Verfügung stehende Versorgungsleistung muss eingehalten werden, auch wenn alle verwendeten Bauelemente ihre maximale Leistung aufnehmen. Da bei einer höheren Versorgungsspannung auch die Leistungsaufnahme elektronischer Bauelemente, die mit Hilfe der Versorgungsspannung mit der zu ihrem Betrieb erforderlichen Energie versorgt werden, ansteigt, wird die Betriebsspannung möglichst niedrig eingeregelt. Durch eine genaue Spannungsregelung wird dabei sichergestellt, dass diese im Worst-Case die minimal erforderliche Betriebsspannung der im Feldgerät eingesetzten elektronischen Schaltungsteile nicht unterschreitet. Dies kann jedoch in nachteiliger Weise zu Problemen bei der Übertragung eines Digitalsignals mit einem Optokoppler führen.In the DE 10 2009 014 252 A1 is further stated that in the development of field devices with a communication interface, compliance with the maximum allowable power requirements of the electronic circuit parts is always a very big challenge. The field device must have the required properties, eg. B. with regard to accuracy or diagnostic functions, certainly meet. The problem of limited supply energy is compounded by the SIL (Safety Integrity Level) requirements. In this case, for example, all components of the field device used must comply with their specification with respect to the permissible supply voltages and often additional components are required to achieve redundancy. The electronic parts of the circuit must be designed to operate under worst case conditions, and the available supply must be maintained even if all the components used are maximized. Since, at a higher supply voltage, the power consumption of electronic components, which are supplied with the aid of the supply voltage with the energy required for their operation, increases, the operating voltage is adjusted as low as possible. By an accurate voltage control is thereby ensured that it does not fall below the minimum required operating voltage of the electronic circuit parts used in the field device in the worst case. However, this can disadvantageously lead to problems in the transmission of a digital signal with an optocoupler.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Übertragung eines Digitalsignals mit einem Optokoppler zu schaffen, die bei vergleichsweise geringer Betriebsspannung eine zuverlässige Übertragung des Digitalsignals ermöglicht.The invention is therefore based on the object to provide a circuit arrangement for transmitting a digital signal with an opto-coupler, which enables reliable transmission of the digital signal at comparatively low operating voltage.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist die neue Schaltungsanordnung zur Übertragung eines Digitalsignals mit einem Optokoppler die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale auf. In den abhängigen Ansprüchen sind eine vorteilhafte Weiterbildung sowie ein Feldgerät zur Prozessinstrumentierung mit einer derartigen Schaltungsanordnung beschrieben.To solve this problem, the new circuit arrangement for transmitting a digital signal with an optocoupler on the features specified in claim 1. In the dependent claims, an advantageous development and a field device for process instrumentation are described with such a circuit arrangement.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass sie gleichzeitig verschiedene Diagnosemöglichkeiten der Schaltungsanordnung bietet und dass die Schaltungsanordnung auch bei geringer Betriebsspannung einen vergleichsweise hohen Strom zur Ansteuerung einer im Optokoppler befindlichen Leuchtdiode ermöglicht, so dass eine sichere Übertragung eines Digitalsignals über den Optokoppler gewährleistet werden kann. Zudem zeichnet sie sich durch die Verwendung besonders einfacher und preisgünstiger Bauelemente aus, so dass die mit der Schaltungsanordnung verbundenen Kosten vergleichsweise niedrig sind. Die Schaltungsanordnung ist besonders vorteilhaft in Feldgeräten zur Prozessinstrumentierung einsetzbar, da durch sie die Erfüllung der Zielanforderungen unterstützt wird und da sie zudem mit vergleichsweise niedrigem Energieverbrauch betreibbar ist.The invention has the advantage that it simultaneously offers various diagnostic options of the circuit arrangement and that the circuit arrangement enables a comparatively high current to drive a light-emitting diode located in the optocoupler, even at low operating voltage, so that reliable transmission of a digital signal via the optocoupler can be ensured. In addition, it is characterized by the use of particularly simple and inexpensive components, so that with the Circuit arrangement associated costs are relatively low. The circuit arrangement can be used particularly advantageously in field instruments for process instrumentation, since it supports the fulfillment of the target requirements and because it can also be operated with comparatively low energy consumption.

Oftmals werden Schaltungskonzepte gewünscht, die im Fehlerfall einen definierten/sicheren Zustand erzeugen.Often, circuit concepts are desired that generate a defined / safe state in the event of a fault.

Durch Ansteuerung des Optokopplers mit einem Rechtecksignal über einen Kondensator wird der Optokoppler nicht nur bei einem Bruch oder Kurzschluss der Zuleitung, sondern auch bei einem Schluss gegen die Betriebsspannung in einen definierten/sicheren Zustand gebracht. Das Rechtecksignal kann auch als positives gepulstes Spannungssignal oder als Wechselsignal bezeichnet werden.By driving the optocoupler with a square wave signal across a capacitor, the optocoupler is brought into a defined / safe state not only in case of a break or short circuit of the supply line, but also at a conclusion against the operating voltage. The square wave signal can also be referred to as a positive pulsed voltage signal or as an alternating signal.

Durch die in Sperrrichtung auf den Mittelpunkt der Reihenschaltung aufgeschaltete Gleichrichterdiode wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass die auf die Eingangsleuchtdiode des Optokopplers gegebene Spannungsamplitude deutlich angehoben wird und fast die Pulsamplitude des gepulsten Spannungssignals erreicht. Dadurch wird auch bei geringer Betriebsspannung ein sicheres Schalten des Optokopplers gewährleistet.The rectifier diode, which is connected in the reverse direction to the center of the series connection, achieves in an advantageous manner that the voltage amplitude applied to the input light-emitting diode of the opto-coupler is significantly increased and almost reaches the pulse amplitude of the pulsed voltage signal. As a result, a safe switching of the optocoupler is ensured even at low operating voltage.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird an einen Ausgang des Optokopplers, an welchem das übertragene Digitalsignal abgreifbar ist, ein Glättungskondensator angeschlossen. Dadurch wird bei konstantem Wert des Digitalsignals ein nahezu konstanter, hoher Pegel des Ausgangssignals erzielt.In a particularly advantageous embodiment, a smoothing capacitor is connected to an output of the optocoupler, to which the transmitted digital signal can be tapped off. As a result, a constant, high level of the output signal is achieved with a constant value of the digital signal.

Anhand der Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, werden im Folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Vorteile näher erläutert.With reference to the drawings, in which an embodiment of the invention is shown, the invention and refinements and advantages are explained in more detail below.

Es zeigen:Show it:

1 ein Blockschaltbild eines Feldgeräts, 1 a block diagram of a field device,

2 ein Simulationsmodell einer Schaltungsanordnung zur Übertragung eines Digitalsignals mit einem Optokoppler und 2 a simulation model of a circuit arrangement for transmitting a digital signal with an optocoupler and

3 mit dem Simulationsmodell gemäß 2 erhaltene Signalverläufe. 3 with the simulation model according to 2 obtained signal waveforms.

In 1 ist der prinzipielle Aufbau eines Messumformers 1 als Beispiel für ein Feldgerät zur Prozessinstrumentierung dargestellt. Der gezeigte Messumformer 1 besitzt eine 4 bis 20 mA-Schnittstelle, die mit zwei Kontakten 2 bzw. 3 an eine Zweidrahtleitung zur Kommunikation mit einer weiteren, in der Figur nicht dargestellten Automatisierungskomponente angeschlossen werden kann. Eine Prozessvariable, z. B. ein Prozessdruck, wird mit Hilfe eines Sensors 4 erfasst und in einer Ansteuer- und Auswerteeinrichtung 5 wird anhand eines von dem Sensor 4 gelieferten Messsignals ein Wert der Prozessvariablen bestimmt. Der zunächst digital vorliegende Wert wird mit Hilfe eines in der Figur nicht dargestellten Digital/Analog-Umsetzers in ein analoges Steuersignal 6 für eine steuerbare Stromquelle 7 umgesetzt, welche in eine angeschlossene Zweidrahtleitung einen dem Wert der Prozessvariablen entsprechenden Strom I einprägt. Ein Teil des Stroms I fließt durch eine Konstantspannungsquelle 8, ein anderer Teil zu einem Spannungsregler 9, der die zur Versorgung elektronischer Schaltungsteile des Feldgeräts 1 erforderliche Betriebsspannung erzeugt. An seinem Ausgang liefert der Spannungsregler 9 dazu eine sehr genaue Versorgungsspannung U2, die aus seiner Eingangsspannung U1 generiert wird. Zur Verbesserung der Genauigkeit der eingestellten Versorgungsspannung U2 ist, wie schon in der eingangs genannten DE 10 2009 014 252 A1 beschrieben, ein zweiter Regler 10 vorgesehen, der die Betriebsspannung U2 mit einer Referenzspannung Ur vergleicht und Abweichungen zwischen der Betriebsspannung U2 und der Referenzspannung Ur durch entsprechende Beeinflussung eines auf einen Steuereingang des Spannungsreglers 9 geführten Signals Uref1 ausregelt. Der zweite Regler 10 kann alternativ zum dargestellten Ausführungsbeispiel entfallen, wenn die gewünschte Genauigkeit der Versorgungsspannung bereits durch den Spannungsregler 9 alleine erzielt wird.In 1 is the basic structure of a transmitter 1 shown as an example of a field instrument for process instrumentation. The transmitter shown 1 has a 4 to 20 mA interface, with two contacts 2 respectively. 3 to a two-wire line for communication with another, not shown in the figure automation component can be connected. A process variable, e.g. As a process pressure, is using a sensor 4 recorded and in a control and evaluation 5 is based on one of the sensor 4 supplied a measured value of the process variable. The initially digital present value is converted into an analog control signal by means of a digital / analogue converter not shown in the figure 6 for a controllable power source 7 implemented, which imprints in a connected two-wire line corresponding to the value of the process variable current I. A part of the current I flows through a constant voltage source 8th , another part to a voltage regulator 9 which is used to power electronic circuit parts of the field device 1 required operating voltage generated. The voltage regulator delivers at its output 9 to a very accurate supply voltage U2, which is generated from its input voltage U1. To improve the accuracy of the set supply voltage U2, as already mentioned in the introduction DE 10 2009 014 252 A1 described, a second controller 10 provided that compares the operating voltage U2 with a reference voltage Ur and deviations between the operating voltage U2 and the reference voltage Ur by appropriate influence on a control input of the voltage regulator 9 guided signal Uref1 corrects. The second controller 10 may be omitted as an alternative to the illustrated embodiment, if the desired accuracy of the supply voltage already by the voltage regulator 9 is achieved alone.

Neben der 4 bis 20 mA-Schnittstelle verfügt der Messumformer 1 über eine Schaltung 11 zur galvanisch getrennten Ausgabe eines Digitalsignals, das an einem Kontakt 12 abgreifbar ist. Zur galvanischen Trennung ist in der Schaltung 11 ein Optokoppler angeordnet. Mit dem digitalen Ausgang kann beispielsweise das Ergebnis einer Eigendiagnose in Form einer Fehlermeldung oder einer Alarmmeldung ausgegeben werden.In addition to the 4 to 20 mA interface, the transmitter has 1 over a circuit 11 for the galvanically isolated output of a digital signal, which is connected to a contact 12 can be tapped. For galvanic isolation is in the circuit 11 arranged an optocoupler. With the digital output, for example, the result of a self-diagnosis can be output in the form of an error message or an alarm message.

Anhand des in 2 dargestellten Simulationsmodells und der in 3 eingezeichneten Signalverläufe wird im Folgenden das Funktionsprinzip der Schaltung 11 (1) näher erläutert. Dabei soll lediglich die Übertragung des Werts „1” mit dem Digitalsignal eingehend beschrieben werden, da die Übertragung des Werts „0”, bei welcher der Ausgangstransistor des Optokopplers U1 gesperrt ist, in einfacher Weise durch Nullstrom in der Eingangsdiode des Optokopplers erreicht werden kann. Dazu genügt bereits die Erzeugung eines Spannungssignals mit 0 V am Eingang der Schaltung. Zur Übertragung des Werts „1” des Digitalsignals wird auf einem Digitalausgang eines Mikroprozessors, welcher üblicherweise in der Ansteuer- und Auswerteeinrichtung 5 (1) enthalten ist, ein positives gepulstes Spannungssignal ausgegeben. Dieses wird im Simulationsmodell gemäß 2 durch eine Wechselspannungsquelle V1 modelliert. Über eine Reihenschaltung aus einem Kondensator C1 und einem Widerstand R1 wird die auf der Eingangsseite des Optokopplers befindliche Leuchtdiode mit einem aus dem Wechselsignal resultierenden Strom IN angesteuert. Auf den Mittelpunkt AC der Reihenschaltung ist in Sperrrichtung eine Gleichrichterdiode D1 aufgeschaltet, deren anderer Anschluss mit Bezugspotential verbunden ist.Based on the in 2 presented simulation model and the in 3 In the following, the operating principle of the circuit is shown 11 ( 1 ) explained in more detail. In this case, only the transmission of the value "1" to the digital signal will be described in detail, since the transmission of the value "0", in which the output transistor of the optocoupler U1 is disabled, can be achieved in a simple manner by zero current in the input diode of the optocoupler. For this purpose, the generation of a voltage signal with 0 V at the input of the circuit is sufficient. To transmit the value "1" of the digital signal is on a digital output of a microprocessor, which is usually in the Control and evaluation device 5 ( 1 ), a positive pulsed voltage signal is output. This is done in the simulation model according to 2 modeled by an AC voltage source V1. Via a series connection of a capacitor C1 and a resistor R1, the light-emitting diode located on the input side of the optocoupler is driven with a current IN resulting from the alternating signal. On the center AC of the series circuit is connected in the reverse direction, a rectifier diode D1 whose other terminal is connected to reference potential.

Der mit der Wechselspannungsquelle V1 erzeugte Verlauf 30 eines Spannungssignals ist in dem Zeitdiagramm gemäß 3 dargestellt. In dem Zeitdiagramm sind auf der linken Ordinate die Spannung in Volt, auf der rechten Ordinate die Stromstärke in Mikroampere und auf der Abszisse die Zeit in Millisekunden aufgetragen. Das gepulste Spannungssignal mit dem Verlauf 30 hat eine Pulsamplitude von 3 V, die Dauer der Pulse beträgt jeweils 0,5 ms, die Pausen zwischen den Pulsen jeweils ebenfalls 0,5 ms. Die Ansteuerung des Optokopplers U1 erfolgt also mit einem Wechselsignal, wodurch sowohl ein Bruch in der Zuleitung als auch ein Kurzschluss bzw. ein Schluss gegen die Betriebsspannung in einen definierten/sicheren Zustand führen.The course generated with the AC voltage source V1 30 a voltage signal is in the time chart according to 3 shown. In the time diagram, the voltage in volts is plotted on the left ordinate, the current in microamps on the right ordinate and the time in milliseconds on the abscissa. The pulsed voltage signal with the course 30 has a pulse amplitude of 3 V, the duration of each pulse is 0.5 ms, and the pauses between each pulse are also 0.5 ms. The control of the optocoupler U1 thus takes place with an alternating signal, whereby both a break in the supply line and a short circuit or a conclusion against the operating voltage lead to a defined / safe state.

In diesen Fällen wird nämlich durch den Kondensator C1, der eine Barriere für Gleichspannungssignale darstellt, die Signalübertragung gesperrt. Am Transistorausgang des Optokopplers wird im Simulationsmodell gemäß 2 mit Hilfe einer Gleichspannungsquelle V2 mit 3 V, eines Widerstands R2 und eines Glättungskondensators C2 ein Spannungssignal am Punkt OUT als übertragenes Digitalsignal erzeugt. Als Ergebnis der Simulation werden an einem Punkt AC des Simulationsmodells gemäß 2 ein Spannungsverlauf 31 und als Speisestrom IN der Eingangsleuchtdiode des Optokopplers U1 ein Verlauf 32 erhalten. Dies führt zu einem Verlauf 33 der Ausgangsspannung an dem Punkt OUT des Simulationsmodells gemäß 2, die nach der Übertragung durch den Optokoppler U1 abgegriffen werden kann.In these cases, the signal transmission is blocked by the capacitor C1, which is a barrier for DC signals. At the transistor output of the optocoupler is in the simulation model according to 2 by means of a DC voltage source V2 with 3 V, a resistor R2 and a smoothing capacitor C2 generates a voltage signal at point OUT as a transmitted digital signal. As a result of the simulation, at a point AC of the simulation model according to FIG 2 a voltage curve 31 and a supply current IN the input LED of the optocoupler U1 a course 32 receive. This leads to a course 33 the output voltage at the point OUT of the simulation model according to 2 , which can be tapped after transmission through the optocoupler U1.

Bei der Simulation wurden die folgenden Bauelemente eingesetzt:
C1 – 1000 nF,
C2 – 100 nF,
R1 – 10 kΩ,
R2 – 100 kΩ,
V1 – 0 ... 3 V,
V2 – 3 V,
D1 – Typ 1N5817 und
U1 – Typ PC817A.The following components were used in the simulation:
C1 - 1000 nF,
C2 - 100 nF,
R1 - 10 kΩ,
R2 - 100 kΩ,
V1 - 0 ... 3 V,
V2 - 3V,
D1 - Type 1N5817 and
U1 - Type PC817A.

Anhand des Verlaufs 32 des Speisestroms und des Verlaufs 33 der Spannung des Ausgangssignals wird deutlich, dass durch die Schaltungsanordnung ein zur sicheren Durchschaltung des Ausgangstransistors des Optokopplers U1 ausreichender Speisestrom für dessen Eingangsleuchtdiode erzeugt und somit eine sichere Übertragung eines statischen Digitalsignals selbst bei vergleichsweise niedriger Versorgungsspannung erzielt werden kann. Zudem zeichnet sich die Schaltungsanordnung durch Diagnosemöglichkeiten und geringen Energieverbrauch aus.Based on the course 32 the supply current and the course 33 the voltage of the output signal is clear that generated by the circuit arrangement for safe switching through the output transistor of the optocoupler U1 sufficient supply current for the LED input diode and thus a secure transmission of a static digital signal can be achieved even at relatively low supply voltage. In addition, the circuit arrangement is characterized by diagnostic options and low energy consumption.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 19723645 B4 [0003]
DE 102009014252 A1 [0004, 0017]

Claims

Circuit arrangement for transmitting a digital signal with an optocoupler (U1), with means ( 5 , V1) for generating a positive pulsed voltage signal whose pulse amplitude corresponds to the respective value of the digital signal to be transmitted, with a series circuit of a capacitor (C1), on which the pulsed voltage signal is passed, and a capacitor (C1) downstream resistor (R1 ) whose other terminal is connected to the positive input of the optical coupler (U1), and a rectifier diode (D1) reversely connected between the connection point (AC) to which the capacitor (C1) and the resistor (R1) are formed the series circuit are connected together, and reference potential of the circuit arrangement is connected.

Circuit arrangement according to Claim 1, characterized in that a smoothing capacitor (C2) is connected to an output (OUT) of the optocoupler (U1).

Field instrument for process instrumentation with a circuit arrangement according to claim 1 or 2.