DE102016112362A1

DE102016112362A1 - Konzept zur Reichweitenverlängerung für eine kombinierte Daten- und Energieleitung

Info

Publication number: DE102016112362A1
Application number: DE102016112362.5A
Authority: DE
Inventors: Martin Rostan; Thomas Rettig; Christopher Pohl; Johannes Künne
Original assignee: Beckhoff Automation GmbH and Co KG
Current assignee: Beckhoff Automation GmbH and Co KG
Priority date: 2016-07-06
Filing date: 2016-07-06
Publication date: 2018-01-11
Anticipated expiration: 2036-07-07
Also published as: US10333640B2; US20180013504A1; DE102016112362B4

Abstract

Es wird eine Vorrichtung (101) und ein Verfahren zur Reichweitenverlängerung für eine kombinierte Daten- und Energieleitung bereitgestellt. Ferner wird ein Bussystem (401) bereitgestellt. Das Konzept beruht insbesondere darauf, dass eine Versorgungsspannung, die über die kombinierte Daten- und Energieleitung übertragen wird, mittels einer Ladungspumpe (115, 167) aufgefrischt wird. Ferner kann beispielsweise vorgesehen sein, dass ein Datensignal, welches über die kombinierte Daten- und Energieleitung übertragen wird, aufgefrischt wird unter Verwendung der ebenfalls übertragenen Versorgungsspannung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reichweitenverlängerung für eine kombinierte Daten- und Energieleitung. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Reichweitenverlängerung für eine kombinierte Daten- und Energieleitung. Die Erfindung betrifft ein Bussystem.
Die nicht veröffentlichte und am 14. April 2015 eingereichte deutsche Patentanmeldung DE 10 2015 105 702.6 zeigt ein Bussystem, insbesondere zum Einsatz in der Industrieautomation, mit einem Einspeisemodul und mindestens einem Verbrauchermodul, die über eine vieradrige Datenleitung und eine Gleichstromversorgung verbunden sind.
Im Einspeisemodul und im Verbrauchermodul des Bussystems wird jeweils eine Kombination aus induktiven und kapazitiven Baugruppen eingesetzt, um zwei galvanisch getrennte Gleichspannungen an die vieradrige Datenleitung anzulegen. Mit nur einer einzelnen Verkabelung, die aus der vieradrigen Datenleitung besteht, können so parallel zwei galvanisch getrennte Gleichströme zusätzlich zu zwei differentiellen Datensignalen auf die beiden Adernpaare der Datenleitung übertragen werden. Die Funktionalität des Bussystems wird nicht verändert, so dass beliebige Busstrukturen wie Stern, Linie oder Ring möglich sind.
Kupferbasierte Datenübertragungsverfahren sind immer in ihrer Ausdehnung begrenzt, weil die Dämpfung der Leitungen in realistischen Umgebungen stets größer Null ist. Dadurch wird die Signalamplitude mit zunehmender Leitungslänge immer weiter gesenkt und ist ab einer bestimmten Länge nicht mehr vom Rauschen zu unterscheiden. Bei Ethernet ist die maximale Länge der Leitungen auf 100 m spezifiziert, größere Entfernungen lassen sich hiermit nicht überbrücken.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist darin zu sehen, ein effizientes Konzept zur Reichweitenverlängerung für eine kombinierte Daten- und Energieleitung bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
Nach einem Aspekt wird eine Vorrichtung zur Reichweitenverlängerung für eine kombinierte Daten- und Energieleitung bereitgestellt, umfassend:

– einen ersten Anschluss zum Anschließen einer ersten kombinierten Daten- und Energieleitung,
– wobei der erste Anschluss einen ersten und einen zweiten elektrischen Kontakt aufweist,
– eine erste Ladungspumpe zum Auffrischen einer Gleichspannung,
– wobei die erste Ladungspumpe über eine erste induktive Baugruppe mit dem ersten und dem zweiten Kontakt des ersten Anschlusses verbunden ist, so dass die erste Ladungspumpe eine an den ersten und an den zweiten Kontakt des ersten Anschlusses angelegte erste elektrische Versorgungsgleichspannung auffrischen kann,
– einen zweiten Anschluss zum Anschließen einer zweiten kombinierten Daten- und Energieleitung,
– wobei der zweite Anschluss einen ersten und einen zweiten elektrischen Kontakt aufweist,
– wobei die erste Ladungspumpe über eine zweite induktive Baugruppe mit dem ersten und dem zweiten Kontakt des zweiten Anschlusses verbunden ist, um die aufgefrischte erste elektrische Versorgungsgleichspannung an den ersten und an den zweiten Kontakt des zweiten Anschlusses anzulegen,
– eine erste physikalische Schnittstelle zum Empfangen eines ersten differenziellen Datensignals,
– wobei die erste physikalische Schnittstelle über einen ersten Übertrager und eine erste kapazitive Baugruppe mit dem ersten und dem zweiten Kontakt des ersten Anschlusses verbunden ist, um ein an dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt des ersten Anschlusses angelegtes erstes differenzielles Datensignal zu empfangen,
– eine mit der ersten physikalischen Schnittstelle verbundene zweite physikalische Schnittstelle zum Bereitstellen des ersten differenziellen Datensignals,
– wobei die zweite physikalische Schnittstelle über einen zweiten Übertrager und eine zweite kapazitive Baugruppe mit dem ersten und dem zweiten Kontakt des zweiten Anschlusses verbunden ist, um das erste differenzielle Datensignal an den ersten Kontakt und an den zweiten Kontakt des zweiten Anschlusses anzulegen.

Nach einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Reichweitenverlängerung für eine kombinierte Daten- und Energieleitung unter Verwendung der Vorrichtung zur Reichweitenverlängerung für eine kombinierte Daten- und Energieleitung bereitgestellt, umfassend die folgenden Schritte:

– Anlegen einer ersten elektrischen Versorgungsgleichspannung an den ersten und an den zweiten Kontakt des ersten Anschlusses,
– Auffrischen der an den ersten und an den zweiten Kontakt des ersten Anschlusses angelegten ersten elektrischen Versorgungsgleichspannung mittels der ersten Ladungspumpe,
– Anlegen der aufgefrischten ersten elektrischen Versorgungsgleichspannung an den ersten und an den zweiten Kontakt des zweiten Anschlusses mittels der ersten Ladungspumpe,
– Empfangen eines an dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt des ersten Anschlusses angelegten ersten differenziellen Datensignals mittels der ersten physikalischen Schnittstelle,
– Weiterleiten des empfangenen ersten differenziellen Datensignals an die zweite physikalische Schnittstelle,
– Anlegen des ersten differenziellen Datensignals an den ersten Kontakt und an den zweiten Kontakt des zweiten Anschlusses mittels der zweiten physikalischen Schnittstelle.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Bussystem bereitgestellt, umfassend:

– ein Einspeisemodul zum Einspeisen einer ersten elektrischen Versorgungsgleichspannung und eines ersten differenziellen Datensignals in eine erste kombinierte Daten- und Energieleitung,
– die Vorrichtung zur Reichweitenverlängerung für eine kombinierte Daten- und Energieleitung, um die erste kombinierte Daten- und Energieleitung mit einer zweiten kombinierten Daten- und Energieleitung zu verbinden,
– ein Verbrauchermodul zum Empfangen der ersten elektrischen Versorgungsgleichspannung und des ersten differenziellen Datensignals von der zweiten kombinierten Daten- und Energieleitung.

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die obige Aufgabe dadurch gelöst werden kann, dass die erste Versorgungsgleichspannung, die über die erste kombinierte Daten- und Energieleitung übertragen wird, mittels einer Ladungspumpe aufgefrischt wird, bevor diese wieder in die zweite kombinierte Daten- und Energieleitung eingespeist wird. Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass eine Reichweite einer Energieübertragung effizient erhöht werden kann. Insbesondere wird dadurch der technische Vorteil bewirkt, dass ein effizientes Konzept zur Reichweitenverlängerung für eine kombinierte Daten- und Energieleitung bereitgestellt ist.
Eine kombinierte Daten- und Energieleitung im Sinne dieser Beschreibung bezeichnet insbesondere eine Leitung, die mehrere Leiter umfasst, wobei über zumindest zwei der mehreren Leiter sowohl ein differenzielles Datensignal als auch eine Versorgungsgleichspannung übertragen wird.
Ein Auffrischen einer ersten Versorgungsgleichspannung im Sinne dieser Beschreibung bedeutet insbesondere, dass die erste Versorgungsgleichspannung auf einen ersten Spannungswert größer als ein momentaner Spannungswert der ersten Versorgungsgleichspannung vergrößert wird. Dieser erste Spannungswert entspricht zum Beispiel einem ersten Einspeisespannungswert bei einem erstmaligen Einspeisen der ersten Versorgungsgleichspannung.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erste physikalische Schnittstelle und die zweite physikalische Schnittstelle mittels einer Verarbeitungseinheit zum Verarbeiten des ersten differenziellen Datensignals verbunden sind. Die beiden Schnittstellen sind also mittelbar mittels der Verarbeitungseinheit verbunden.
Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass das erste differenzielle Datensignal verarbeitet werden kann.
Ein Verarbeiten im Sinne dieser Beschreibung umfasst zum Beispiel ein Decodieren und/oder ein Codieren einer Nachricht, die in dem ersten differenziellen Datensignal enthalten ist.
Durch die Verarbeitungseinheit wird die Vorrichtung zu einem aktiven Teilnehmer des Bussystems, insofern die Vorrichtung an einer Kommunikation des Bussystems teilnehmen kann.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Einspeisemodul mittels der Vorrichtung zur Reichweitenverlängerung für eine kombinierte Daten- und Energieleitung mit dem Verbrauchermodul verbunden ist. Das heißt zum Beispiel, dass das Einspeisemodul mittels einer ersten kombinierten Daten- und Energieleitung mit der Vorrichtung zur Reichweitenverlängerung für eine kombinierte Daten- und Energieleitung verbunden ist, wobei die Vorrichtung zur Reichweitenverlängerung für eine kombinierte Daten- und Energieleitung mittels einer zweiten kombinierten Daten- und Energieleitung mit dem Verbrauchermodul verbunden ist. Beispielsweise ist vorgesehen, dass mehrere Vorrichtungen zur Reichweitenverlängerung für eine kombinierte Daten- und Energieleitung mittels mehrerer kombinierter Daten- und Energieleitungen hintereinander verbunden sind, wobei das Verbrauchermodul mittels einer weiteren kombinierten Daten- und Energieleitung mit der letzten Vorrichtung der hintereinander verbundenen Vorrichtungen verbunden ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein Spannungsmesser zum Messen einer an den ersten und an den zweiten Kontakt des ersten Anschlusses angelegten elektrischen Spannung vorgesehen ist, wobei die Verarbeitungseinheit ausgebildet ist, einen der gemessenen elektrischen Spannung entsprechenden ersten Spannungswert in das erste differenzielle Datensignal einzufügen.
Das erste Datensignal mit dem eingefügten ersten Spannungswert wird dann beispielsweise mittels der zweiten physikalischen Schnittstelle an den ersten und an den zweiten Kontakt des zweiten Anschlusses angelegt und kann so über die zweite kombinierte Daten- und Energieleitung weitergeleitet werden.
Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass der erste Spannungswert entfernt von der Vorrichtung effizient zur Verfügung gestellt werden kann.
Bei der gemessenen Spannung handelt es sich zum Beispiel um die erste Versorgungsgleichspannung.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein Strommesser zum Messen eines einer an den ersten und an den zweiten Kontakt des ersten Anschlusses angelegten elektrischen Spannung entsprechenden elektrischen Stroms vorgesehen ist, wobei die Verarbeitungseinheit ausgebildet ist, einen dem gemessenen elektrischen Strom entsprechenden ersten Stromwert in das erste differenzielle Datensignal einzufügen.
Das erste Datensignal mit dem eingefügten ersten Stromwert wird dann beispielsweise mittels der zweiten physikalischen Schnittstelle an den ersten und an den zweiten Kontakt des zweiten Anschlusses angelegt und kann so über die zweite kombinierte Daten- und Energieleitung weitergeleitet werden.
Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass der erste Stromwert entfernt von der Vorrichtung effizient zur Verfügung gestellt werden kann.
Bei dem gemessenen Strom handelt es sich zum Beispiel um einen elektrischen Strom, der zwischen dem ersten respektive zweiten Kontakt des ersten Anschlusses und der ersten induktiven Baugruppe fließt.
Gemäß noch einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein Temperaturmesser zum Messen einer Temperatur von einem der elektronischen Elemente der Vorrichtung vorgesehen ist, wobei die Verarbeitungseinheit ausgebildet ist, einen der gemessenen Temperatur entsprechenden Temperaturwert in das erste differenzielle Datensignal einzufügen.
Das erste Datensignal mit dem eingefügten Temperaturwert wird dann beispielsweise mittels der zweiten physikalischen Schnittstelle an den ersten und an den zweiten Kontakt des zweiten Anschlusses angelegt und kann so über die zweite kombinierte Daten- und Energieleitung weitergeleitet werden.
Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass der Temperaturwert entfernt von der Vorrichtung effizient zur Verfügung gestellt werden kann.
Die elektronischen Elemente sind insbesondere die folgenden elektronischen Elemente: erste induktive Baugruppe, zweite induktive Baugruppe, erste kapazitive Baugruppe, zweite kapazitive Baugruppe, erster Übertrager, zweiter Übertrager, erste physikalische Schnittstelle, zweite physikalische Schnittstelle, erste Ladungspumpe, Verarbeitungseinheit.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Verarbeitungseinheit ausgebildet ist, das erste differenzielle Datensignal aufzufrischen.
Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass eine Reichweite einer Datenübertragung effizient erhöht werden kann. Insbesondere wird dadurch der technische Vorteil bewirkt, dass ein effizientes Konzept zur Reichweitenverlängerung für eine kombinierte Daten- und Energieleitung bereitgestellt ist.
Ein Auffrischen eines ersten differenziellen Datensignals im Sinne dieser Beschreibung bedeutet insbesondere, dass ein Signalpegel des ersten Datensignals auf einen ersten Signalpegelwert größer als ein momentaner Signalpegelwert vergrößert wird. Dieser erste Signalpegelwert entspricht zum Beispiel einem Signalpegelwert bei einem erstmaligen Einspeisen des ersten differenziellen Datensignals.
Nach einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass für das Auffrischen des ersten differenziellen Datensignals die erste Versorgungsgleichspannung respektive die aufgefrischte erste Versorgungsgleichspannung verwendet wird.
Das heißt also insbesondere, dass die elektrische Energie, die mittels der ersten kombinierten Daten- und Energieleitung übertragen wird, für das Auffrischen des ersten differenziellen Datensignals verwendet wird.
Das heißt also insbesondere, dass die Verarbeitungseinrichtung mit einem zwischen der ersten induktiven Baugruppe und der ersten Ladungspumpe gebildeten ersten Energiepfad elektrisch leitfähig verbunden ist, um die erste Versorgungsgleichspannung teilweise abzugreifen.
Das heißt also insbesondere, dass die Verarbeitungseinrichtung mit einem zwischen der ersten Ladungspumpe und der zweiten induktiven Baugruppe gebildeten zweiten Energiepfad elektrisch leitfähig verbunden ist, um die aufgefrischte erste Versorgungsgleichspannung teilweise abzugreifen.
Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass die Vorrichtung nicht noch zusätzlich an ein externes Energienetz angeschlossen werden muss.
In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Auffrischung der ersten elektrischen Versorgungsgleichspannung mittels der ersten Ladungspumpe zu- und abschaltbar ausgebildet ist.
Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass das Auffrischen bedarfsweise zu- oder abgeschaltet werden kann.
Das Zu- und Abschalten wird nach einer Ausführungsform mittels eines mechanischen und/oder elektronischen Schalters durchgeführt. Das heißt, dass nach einer Ausführungsform ein mechanischer und/oder elektronischer Schalter zum Zu- und Abschalten der Auffrischung vorgesehen ist respektive sind.
Der oder die Schalter werden nach einer Ausführungsform über das Datensignal gesteuert. Das heißt beispielsweise, dass im ersten und/oder zweiten Datensignal ein Steuerungsbefehl zum Steuern des oder der Schalter codiert ist. Die Verarbeitungseinheit decodiert diesen Steuerungsbefehl und steuert den oder die Schalter entsprechend. Der oder die Schalter können somit über ein Bussystem angesteuert werden.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Verarbeitungseinheit ausgebildet ist, das Zu- und Abschalten zu steuern.
Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass das Zu- und Abschalten effizient gesteuert werden können.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein Netzteil zum Speisen der ersten Ladungspumpe mit elektrischer Energie vorgesehen ist.
Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass die erste Versorgungsgleichspannung effizient aufgefrischt werden kann. Insbesondere kann dadurch der technische Vorteil bewirkt werden, dass eine höhere elektrische Leistung mittels der aufgefrischten ersten Versorgungsgleichspannung bereitgestellt werden kann als ohne zusätzliche Speisung der ersten Ladungspumpe mit elektrischer Energie.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erste Ladungspumpe ausgebildet ist, die erste elektrische Versorgungsgleichspannung nur dann aufzufrischen, wenn die erste elektrische Versorgungsgleichspannung kleiner oder kleiner-gleich einem vorbestimmten ersten Versorgungsspannungsschwellwert ist.
Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass das Auffrischen effizient durchgeführt werden kann. Denn eine Ladungspumpe hat in der Regel eine Effizienz kleiner 1, daher ist es für einen effizienten Betrieb sinnvoll, die Ladungspumpe nicht ständig einzusetzen.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der erste Anschluss einen dritten und einen vierten Kontakt aufweist, wobei eine zweite Ladungspumpe über eine dritte induktive Baugruppe mit dem dritten und dem vierten Kontakt des ersten Anschlusses verbunden ist, so dass die zweite Ladungspumpe eine an den dritten und an den vierten Kontakt des ersten Anschlusses angelegte zweite elektrische Versorgungsgleichspannung auffrischen kann, wobei der zweite Anschluss einen dritten und einen vierten elektrischen Kontakt aufweist, wobei die zweite Ladungspumpe über eine vierte induktive Baugruppe mit dem dritten und dem vierten Kontakt des zweiten Anschlusses verbunden ist, um die aufgefrischte zweite elektrische Versorgungsgleichspannung an den dritten und an den vierten Kontakt des zweiten Anschlusses anzulegen, wobei die erste physikalische Schnittstelle über einen dritten Übertrager und eine dritte kapazitive Baugruppe mit dem dritten und dem vierten Kontakt des ersten Anschlusses verbunden ist, um ein an dem dritten Kontakt und dem vierten Kontakt des ersten Anschlusses angelegtes zweites differenzielles Datensignal zu empfangen, wobei die zweite physikalische Schnittstelle über einen vierten Übertrager und eine vierte kapazitive Baugruppe mit dem dritten und dem vierten Kontakt des zweiten Anschlusses verbunden ist, um das zweite differenzielle Datensignal an den dritten Kontakt und an den vierten Kontakt des zweiten Anschlusses anzulegen.
Das heißt also, dass die zweite Versorgungsgleichspannung, die über die erste kombinierte Daten- und Energieleitung übertragen wird, mittels der zweiten Ladungspumpe aufgefrischt wird, bevor diese wieder in die zweite kombinierte Daten- und Energieleitung eingespeist wird. Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass eine Reichweite einer Energieübertragung effizient erhöht werden kann. Insbesondere wird dadurch der technische Vorteil bewirkt, dass ein effizientes Konzept zur Reichweitenverlängerung für eine kombinierte Daten- und Energieleitung bereitgestellt ist.
Die zweite physikalische Schnittstelle stellt also vorzugsweise das empfangene zweite differenzielle Datensignal bereit.
Ein Auffrischen einer zweiten Versorgungsgleichspannung im Sinne dieser Beschreibung bedeutet insbesondere, dass die zweite Versorgungsgleichspannung auf einen zweiten Spannungswert größer als ein momentaner Spannungswert der zweiten Versorgungsgleichspannung vergrößert wird. Dieser zweite Spannungswert entspricht zum Beispiel einem zweiten Einspeisespannungswert bei einem erstmaligen Einspeisen der zweiten Versorgungsgleichspannung.
Ausführungen, die die erste Versorgungsgleichspannung respektive das erste Datensignal betreffen, gelten analog für die zweite Versorgungsgleichspannung respektive das zweite Datensignal und umgekehrt.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Verarbeitungseinheit ausgebildet ist, das zweite differenzielle Datensignal zu verarbeiten.
Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass das zweite differenzielle Datensignal verarbeitet werden kann.
Ein Verarbeiten im Sinne dieser Beschreibung umfasst zum Beispiel ein Decodieren und/oder ein Codieren einer Nachricht, die in dem zweiten differenziellen Datensignal enthalten ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein Spannungsmesser zum Messen einer an den dritten und an den vierten Kontakt angelegten elektrischen Spannung vorgesehen ist, wobei die Verarbeitungseinheit ausgebildet ist, einen der gemessenen elektrischen Spannung entsprechenden zweiten Spannungswert in das erste respektive in das zweite differenzielle Datensignal einzufügen.
Das erste respektive das zweite Datensignal mit dem eingefügten zweiten Spannungswert wird dann beispielsweise mittels der zweiten physikalischen Schnittstelle an den ersten und an den zweiten respektive an den dritten und an den vierten Kontakt des zweiten Anschlusses angelegt und kann so über die zweite kombinierte Daten- und Energieleitung weitergeleitet werden.
Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass der zweite Spannungswert entfernt von der Vorrichtung effizient zur Verfügung gestellt werden kann.
Bei der gemessenen Spannung handelt es sich zum Beispiel um die zweite Versorgungsgleichspannung.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein Strommesser zum Messen eines einer an den dritten und an den vierten Kontakt angelegten elektrischen Spannung entsprechenden elektrischen Stroms vorgesehen ist, wobei die Verarbeitungseinheit ausgebildet ist, einen dem gemessenen elektrischen Strom entsprechenden zweiten Stromwert in das erste respektive in das zweite differenzielle Datensignal einzufügen.
Das erste respektive das zweite Datensignal mit dem eingefügten zweiten Stromwert wird dann beispielsweise mittels der zweiten physikalischen Schnittstelle an den ersten und an den zweiten respektive an den dritten und an den vierten Kontakt des zweiten Anschlusses angelegt und kann so über die zweite kombinierte Daten- und Energieleitung weitergeleitet werden.
Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass der zweite Stromwert entfernt von der Vorrichtung effizient zur Verfügung gestellt werden kann.
Bei dem gemessenen Strom handelt es sich zum Beispiel um einen elektrischen Strom, der zwischen dem dritten respektive vierten Kontakt des ersten Anschlusses und der dritten induktiven Baugruppe fließt.
Gemäß noch einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein Temperaturmesser zum Messen einer Temperatur von einem der elektronischen Elemente der Vorrichtung vorgesehen ist, wobei die Verarbeitungseinheit ausgebildet ist, einen der gemessenen Temperatur entsprechenden Temperaturwert in das erste respektive zweite differenzielle Datensignal einzufügen.
Das erste respektive das zweite Datensignal mit dem eingefügten Temperaturwert wird dann beispielsweise mittels der zweiten physikalischen Schnittstelle an den ersten und an den zweiten respektive an den dritten und an den vierten Kontakt des zweiten Anschlusses angelegt und kann so über die zweite kombinierte Daten- und Energieleitung weitergeleitet werden.
Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass der Temperaturwert entfernt von der Vorrichtung effizient zur Verfügung gestellt werden kann.
Die elektronischen Elemente sind insbesondere die folgenden elektronischen Elemente: erste induktive Baugruppe, zweite induktive Baugruppe, erste kapazitive Baugruppe, zweite kapazitive Baugruppe, erster Übertrager, zweiter Übertrager, erste physikalische Schnittstelle, zweite physikalische Schnittstelle, erste Ladungspumpe, Verarbeitungseinheit, dritte induktive Baugruppe, vierte induktive Baugruppe, dritte kapazitive Baugruppe, vierte kapazitive Baugruppe, zweite Ladungspumpe.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Verarbeitungseinheit ausgebildet ist, das zweite differenzielle Datensignal aufzufrischen.
Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass eine Reichweite einer Datenübertragung effizient erhöht werden kann. Insbesondere wird dadurch der technische Vorteil bewirkt, dass ein effizientes Konzept zur Reichweitenverlängerung für eine kombinierte Daten- und Energieleitung bereitgestellt ist.
Ein Auffrischen eines zweiten differenziellen Datensignals im Sinne dieser Beschreibung bedeutet insbesondere, dass ein Signalpegel des zweiten Datensignals auf einen zweiten Signalpegelwert größer als ein momentaner Signalpegelwert vergrößert wird. Dieser zweite Signalpegelwert entspricht zum Beispiel einem Signalpegelwert bei einem erstmaligen Einspeisen des zweiten differenziellen Datensignals.
Nach einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass für das Auffrischen des ersten respektive zweiten differenziellen Datensignals die erste Versorgungsgleichspannung respektive die aufgefrischte erste Versorgungsgleichspannung respektive die zweite Versorgungsgleichspannung respektive die aufgefrischte zweite Versorgungsgleichspannung verwendet wird.
Das heißt also insbesondere, dass die elektrische Energie, die mittels der ersten kombinierten Daten- und Energieleitung übertragen wird, für das Auffrischen des ersten respektive zweiten differenziellen Datensignals verwendet wird.
Das heißt also insbesondere, dass die Verarbeitungseinrichtung mit einem zwischen der dritten induktiven Baugruppe und der zweiten Ladungspumpe gebildeten dritten Energiepfad elektrisch leitfähig verbunden ist, um die zweite Versorgungsgleichspannung teilweise abzugreifen.
Das heißt also insbesondere, dass die Verarbeitungseinrichtung mit einem zwischen der zweiten Ladungspumpe und der vierten induktiven Baugruppe gebildeten vierten Energiepfad elektrisch leitfähig verbunden ist, um die aufgefrischte zweite Versorgungsgleichspannung teilweise abzugreifen.
Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass die Vorrichtung nicht noch zusätzlich an ein externes Energienetz angeschlossen werden muss.
In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Auffrischung der zweiten elektrischen Versorgungsgleichspannung mittels der zweiten Ladungspumpe zu- und abschaltbar ausgebildet ist.
Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass das Auffrischen bedarfsweise zu oder abgeschaltet werden kann.
Das Zu- und Abschalten wird nach einer Ausführungsform mittels eines mechanischen und/oder elektronischen Schalters durchgeführt. Das heißt, dass nach einer Ausführungsform ein mechanischer und/oder elektronischer Schalter zum Zu- und Abschalten der Auffrischung vorgesehen ist respektive sind.
Der oder die Schalter werden nach einer Ausführungsform über das Datensignal gesteuert. Das heißt beispielsweise, dass im ersten und/oder zweiten Datensignal ein Steuerungsbefehl zum Steuern des oder der Schalter codiert ist. Die Verarbeitungseinheit decodiert diesen Steuerungsbefehl und steuert den oder die Schalter entsprechend. Der oder die Schalter können somit über ein Bussystem angesteuert werden.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Verarbeitungseinheit ausgebildet ist, das Zu- und Abschalten zu steuern.
Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass das Zu- und Abschalten effizient gesteuert werden können.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein Netzteil zum Speisen der zweiten Ladungspumpe mit elektrischer Energie vorgesehen ist.
Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass die zweite Versorgungsgleichspannung effizient aufgefrischt werden kann. Insbesondere kann dadurch der technische Vorteil bewirkt werden, dass eine höhere elektrische Leistung mittels der aufgefrischten zweiten Versorgungsgleichspannung bereitgestellt werden kann als ohne zusätzliche Speisung der zweiten Ladungspumpe mit elektrischer Energie.
Das Netzteil, welches die erste Ladungspumpe mit elektrischer Energie speist, ist beispielsweise verschieden von dem Netzteil, welches die zweite Ladungspumpe mit elektrischer Energie speist. In diesem Fall kann das Netzteil, welches die erste Ladungspumpe mit elektrischer Energie speist, als das erste Netzteil bezeichnet werden, wobei das Netzteil, welches die zweite Ladungspumpe mit elektrischer Energie speist, als das zweite Netzteil bezeichnet werden kann.
In einer Ausführungsform wird zum Speisen der zweiten Ladungspumpe mit elektrischer Energie das gleiche Netzteil verwendet, welches zum Speisen der ersten Ladungspumpe mit elektrischer Energie vorgesehen ist. Das heißt also insbesondere, dass in einer Ausführungsform ein gemeinsames Netzteil zum Speisen der ersten Ladungspumpe und zum Speisen der zweiten Ladungspumpe mit elektrischer Energie vorgesehen ist.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die zweite Ladungspumpe ausgebildet ist, die zweite elektrische Versorgungsgleichspannung nur dann aufzufrischen, wenn die zweite elektrische Versorgungsgleichspannung kleiner oder kleiner-gleich einem vorbestimmten zweiten Versorgungsspannungsschwellwert ist.
Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass das Auffrischen effizient durchgeführt werden kann. Denn eine Ladungspumpe hat in der Regel eine Effizienz kleiner 1, daher ist es für einen effizienten Betrieb sinnvoll, die Ladungspumpe nicht ständig einzusetzen.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erste Ladungspumpe und die zweite Ladungspumpe identisch sind, es ist also nur eine einzige Ladungspumpe vorgesehen: Die erste Ladungspumpe ist die zweite Ladungspumpe. Das heißt also insbesondere, dass eine gemeinsame Ladungspumpe verwendet wird, um die erste und die zweite Versorgungsgleichspannung aufzufrischen.
Dass die erste Ladungspumpe und die zweite Ladungspumpe identisch sind, bedeutet insbesondere, dass die Funktionalität der ersten und der zweiten Ladungspumpe in einer einzigen Ladungspumpe abgebildet sind.
Bei nur einer einzigen Ladungspumpe ist beispielsweise vorgesehen, dass die beiden Versorgungsgleichspannungen an einem Knotenpunkt oder Schaltungsknoten zusammengeführt werden respektive sind, so dass effektiv nur noch eine einzige Gleichspannung, die aus den beiden zusammengeführten Versorgungsgleichspannungen resultierende Gleichspannung, mittels der einzigen Ladungspumpe aufgefrischt wird.
Nach dem Auffrischen ist dann beispielsweise vorgesehen, dass die aufgefrischte Gleichspannung wieder an einem weiteren Knotenpunkt oder Schaltungsknoten aufgeteilt wird, um zwei separate Gleichspannungen zu erzeugen, die dann respektive der ersten und der zweiten aufgefrischten Versorgungsgleichspannung entsprechen.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die mittels der einzigen Ladungspumpe aufgefrischte einzige Versorgungsgleichspannung an die vier Kontakte des zweiten Anschlusses angelegt wird, so dass von einer Aufteilung, wie vorstehend beschrieben, in eine erste und in eine zweite aufgefrischte Versorgungsgleichspannung abgesehen wird respektive ist.
Das Bussystem ist nach einer Ausführungsform zum Einsatz in einer Industrieautomation ausgebildet. Das Bussystem ist somit nach einer Ausführungsform ein Bussystem einer Industrieautomation oder ein Bussystem für eine Industrieautomation.
Gerade in der Industrieautomation ist ein solches Bussystem besonders vorteilhaft. Denn mithilfe des gemessenen Strom- oder Spannungswertes ist eine kostengünstige und einfache Analyse auf Feldebene möglich. Darüber hinaus bietet das Auffrischen zumindest einer Versorgungsgleichspannung respektive des Datensignals den Vorteil, dass mehrere unterschiedliche Komponenten (wie beispielsweise Sensoren oder Aktoren) mit unterschiedlichen Spannungen und Datensignalen in einer relativ großen Entfernung programmiert und auch betrieben werden können.
Nach einer Ausführungsform, insbesondere nach einer Ausführungsform des Bussystems, sind das erste differenzielle Datensignal respektive das zweite differenzielle Datensignal jeweils differenzielle Ethernet-Signale. Das Bussystem respektive das Einspeisemodul respektive das Verbrauchermodul eignen sich daher insbesondere zum Einsatz mit Ethernet als einem Kommunikationsstandard im Automatisierungsnetzwerk.
Nach einer Ausführungsform des Bussystems ist ein Automatisierungsnetzwerk vorgesehen, welches das Bussystem umfasst.
Nach einer Ausführungsform ist das erste respektive das zweite differenzielle Datensignal ein EtherCAT-Datensignal, insbesondere ein EtherCAT P-Datensignal.
Das Bussystem ist zum Beispiel ein EtherCAT-Bussystem, insbesondere ein EtherCAT P-Bussystem.
In einer Ausführungsform umfasst die erste respektive zweite Ladungspumpe einen Controller, der beispielsweise die aufgefrischte erste respektive zweite Versorgungsgleichspannung messen kann respektive misst. Der Controller ist beispielsweise ausgebildet, einem dieser gemessenen aufgefrischten Versorgungsgleichspannung entsprechender Spannungswert der Verarbeitungseinheit bereitzustellen. Die Verarbeitungseinheit ist beispielsweise ausgebildet, diesen Spannungswert beispielsweise in das erste respektive zweite Datensignal einzufügen. Dadurch kann dieser Spannungswert entfernt von der Vorrichtung zur Verfügung gestellt werden.
Technische Funktionalitäten des Bussystems respektive des Verfahrens ergeben sich analog aus entsprechenden technischen Funktionalitäten der Vorrichtung und umgekehrt. Das heißt insbesondere, dass sich Merkmale des Bussystems respektive des Verfahrens analog aus entsprechenden Merkmalen der Vorrichtung und umgekehrt ergeben.
Die Formulierung „respektive“ umfasst insbesondere die Formulierung „und/oder“.
Die Formulierung „verbunden“ im Sinne dieser Beschreibung bedeutet insbesondere „elektrisch leitfähig verbunden“.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigen
1 eine Vorrichtung zur Reichweitenverlängerung für eine kombinierte Daten- und Energieleitung,
2 ein Bussystem und
3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Reichweitenverlängerung.
1 zeigt eine Vorrichtung 101 zur Reichweitenverlängerung für eine kombinierte Daten- und Energieleitung.
Die Vorrichtung 101 umfasst einen ersten Anschluss 103 für eine erste kombinierte Daten- und Energieleitung (nicht gezeigt).
Der erste Anschluss 103 umfasst einen ersten Kontakt 105, einen zweiten Kontakt 107, einen dritten Kontakt 109 und einen vierten Kontakt 111.
Die Vorrichtung 101 umfasst ferner eine erste induktive Baugruppe 113 und eine erste Ladungspumpe 115 zum Auffrischen einer Gleichspannung. Die erste Ladungspumpe 115 ist mittels der ersten induktiven Baugruppe 113 mit dem ersten Kontakt 105 und dem zweiten Kontakt 107 des ersten Anschlusses 103 verbunden, um eine an dem ersten Kontakt 105 und dem zweiten Kontakt 107 des ersten Anschlusses 103 angelegte erste elektrische Versorgungsgleichspannung aufzufrischen.
Die erste induktive Baugruppe 113 umfasst eine erste Induktivität 117 und eine zweite Induktivität 119.
Die erste Induktivität 117 der ersten induktiven Baugruppe 113 ist zwischen der ersten Ladungspumpe 115 und dem ersten Kontakt 105 des ersten Anschlusses 103 geschaltet oder angeordnet.
Die zweite Induktivität 119 der ersten induktiven Baugruppe 113 ist zwischen der ersten Ladungspumpe 115 und dem zweiten Kontakt 107 des ersten Anschlusses 103 geschaltet oder angeordnet.
Die Vorrichtung 101 umfasst ferner eine erste physikalische Schnittstelle 121, die auch als eine PHY bezeichnet werden kann.
Die erste physikalische Schnittstelle 121 ist über einen ersten Übertrager 123 und über eine erste kapazitive Baugruppe 125 mit dem ersten Kontakt 105 und dem zweiten Kontakt 107 des ersten Anschlusses 103 verbunden, so dass die physikalische Schnittstelle 121 ein an die beiden Kontakte 105, 107 angelegtes erstes differenzielles Datensignal empfangen kann.
Die erste kapazitive Baugruppe 125 umfasst einen ersten Kondensator 127 und einen zweiten Kondensator 129.
Der erste Kondensator 127 der ersten kapazitiven Baugruppe 125 ist zwischen dem ersten Übertrager 123 und dem ersten Kontakt 105 des ersten Anschlusses 103 geschaltet oder angeordnet.
Der zweite Kondensator 129 der ersten kapazitiven Baugruppe 125 ist zwischen dem ersten Übertrager 123 und dem zweiten Kontakt 107 des ersten Anschlusses 103 geschaltet oder angeordnet.
Zwischen dem ersten Kondensator 127 der ersten kapazitiven Baugruppe 125 und dem ersten Kontakt 105 des ersten Anschlusses 103 ist ein erster Schaltungsknoten 131 gebildet.
Zwischen dem zweiten Kondensator 129 der ersten kapazitiven Baugruppe 125 und dem zweiten Kontakt 107 des ersten Anschlusses 103 ist ein zweiter Schaltungsknoten 133 gebildet.
Die erste Induktivität 117 der ersten induktiven Baugruppe 113 ist mit dem ersten Schaltungsknoten 131 verbunden.
Die zweite Induktivität 119 der ersten induktiven Baugruppe 113 ist mit dem zweiten Schaltungsknoten 133 verbunden.
Die Vorrichtung 101 umfasst einen zweiten Anschluss 135 für eine zweite kombinierte Daten- und Energieleitung (nicht gezeigt).
Der zweite Anschluss 135 umfasst einen ersten Kontakt 137, einen zweiten Kontakt 139, einen dritten Kontakt 141 und einen vierten Kontakt 143.
Die Vorrichtung 101 umfasst ferner eine zweite induktive Baugruppe 145. Die erste Ladungspumpe 115 ist mittels der zweiten induktiven Baugruppe 145 mit dem ersten Kontakt 137 und dem zweiten Kontakt 139 des zweiten Anschlusses 135 verbunden, um die aufgefrischte erste elektrische Versorgungsgleichspannung an den ersten Kontakt 137 und an den zweiten Kontakt 139 des zweiten Anschlusses 135 anzulegen.
Die zweite induktive Baugruppe 145 umfasst eine erste Induktivität 147 und eine zweite Induktivität 149.
Die erste Induktivität 147 der zweiten induktiven Baugruppe 145 ist zwischen der ersten Ladungspumpe 115 und dem ersten Kontakt 137 des zweiten Anschlusses 135 geschaltet oder angeordnet.
Die zweite Induktivität 149 der zweiten induktiven Baugruppe 145 ist zwischen der ersten Ladungspumpe 115 und dem zweiten Kontakt 139 des zweiten Anschlusses 135 geschaltet oder angeordnet.
Die Vorrichtung 101 umfasst ferner eine zweite physikalische Schnittstelle 151, die auch als eine PHY bezeichnet werden kann.
Die erste physikalische Schnittstelle 121 und die zweite physikalische Schnittstelle 151 sind mittels einer Verarbeitungseinheit 150 verbunden. Die Verarbeitungseinheit 150 ist insbesondere ausgebildet, das erste Datensignal von der ersten physikalischen Schnittstelle 121 zu empfangen und an die zweite physikalische Schnittstelle 151 weiterzuleiten. Insbesondere ist die Verarbeitungseinheit 150 ausgebildet, das erste Datensignal zu verarbeiten und das verarbeitete erste Datensignal an die zweite physikalische Schnittstelle 151 weiterzuleiten.
Die zweite physikalische Schnittstelle 151 ist über einen zweiten Übertrager 153 und über eine zweite kapazitive Baugruppe 155 mit dem ersten Kontakt 137 und dem zweiten Kontakt 139 des zweiten Anschlusses 135 verbunden, so dass die zweite physikalische Schnittstelle 151 an die beiden Kontakte 137, 139 das erste differenzielle Datensignal respektive das verarbeitete erste Datensignal anlegen kann.
Die zweite kapazitive Baugruppe 155 umfasst einen ersten Kondensator 157 und einen zweiten Kondensator 159.
Der erste Kondensator 157 der zweiten kapazitiven Baugruppe 155 ist zwischen dem zweiten Übertrager 153 und dem ersten Kontakt 137 des zweiten Anschlusses 135 geschaltet oder angeordnet.
Der zweite Kondensator 159 der zweiten kapazitiven Baugruppe 155 ist zwischen dem zweiten Übertrager 153 und dem zweiten Kontakt 139 des zweiten Anschlusses 135 geschaltet oder angeordnet.
Zwischen dem ersten Kondensator 157 der zweiten kapazitiven Baugruppe 155 und dem ersten Kontakt 137 des zweiten Anschlusses 135 ist ein dritter Schaltungsknoten 161 gebildet.
Zwischen dem zweiten Kondensator 159 der zweiten kapazitiven Baugruppe 155 und dem zweiten Kontakt 139 des zweiten Anschlusses 135 ist ein vierter Schaltungsknoten 163 gebildet.
Die erste Induktivität 147 der zweiten induktiven Baugruppe 145 ist mit dem dritten Schaltungsknoten 161 verbunden.
Die zweite Induktivität 149 der zweiten induktiven Baugruppe 145 ist mit dem vierten Schaltungsknoten 161 verbunden.
Die Vorrichtung 101 umfasst ferner eine dritte induktive Baugruppe 165 und eine zweite Ladungspumpe 167 zum Auffrischen einer Gleichspannung. Die zweite Ladungspumpe 167 ist mittels der dritten induktiven Baugruppe 165 mit dem dritten Kontakt 109 und dem vierten Kontakt 111 des ersten Anschlusses 103 verbunden, um eine an dem dritten Kontakt 109 und dem vierten Kontakt 111 des ersten Anschlusses 103 angelegte zweite elektrische Versorgungsgleichspannung aufzufrischen.
Die dritte induktive Baugruppe 165 umfasst eine erste Induktivität 169 und eine zweite Induktivität 171.
Die erste Induktivität 169 der dritten induktiven Baugruppe 165 ist zwischen der zweiten Ladungspumpe 167 und dem dritten Kontakt 109 des ersten Anschlusses 103 geschaltet oder angeordnet.
Die zweite Induktivität 171 der dritten induktiven Baugruppe 165 ist zwischen der zweiten Ladungspumpe 167 und dem vierten Kontakt 111 des ersten Anschlusses 103 geschaltet oder angeordnet.
Die erste physikalische Schnittstelle 121 ist über einen dritten Übertrager 173 und über eine dritte kapazitive Baugruppe 175 mit dem dritten Kontakt 109 und dem vierten Kontakt 111 des ersten Anschlusses 103 verbunden, so dass die erste physikalische Schnittstelle 121 ein an die beiden Kontakte 109, 111 angelegtes zweites differenzielles Datensignal empfangen kann.
Die dritte kapazitive Baugruppe 175 umfasst einen ersten Kondensator 177 und einen zweiten Kondensator 179.
Der erste Kondensator 177 der dritten kapazitiven Baugruppe 175 ist zwischen dem dritten Übertrager 173 und dem dritten Kontakt 109 des ersten Anschlusses 103 geschaltet oder angeordnet.
Der zweite Kondensator 179 der dritten kapazitiven Baugruppe 175 ist zwischen dem dritten Übertrager 173 und dem vierten Kontakt 111 des ersten Anschlusses 103 geschaltet oder angeordnet.
Zwischen dem ersten Kondensator 177 der dritten kapazitiven Baugruppe 175 und dem dritten Kontakt 109 des ersten Anschlusses 103 ist ein fünfter Schaltungsknoten 181 gebildet.
Zwischen dem zweiten Kondensator 179 der dritten kapazitiven Baugruppe 175 und dem vierten Kontakt 111 des ersten Anschlusses 103 ist ein sechster Schaltungsknoten 183 gebildet.
Die erste Induktivität 169 der dritten induktiven Baugruppe 165 ist mit dem fünften Schaltungsknoten 181 verbunden.
Die zweite Induktivität 171 der dritten induktiven Baugruppe 165 ist mit dem sechsten Schaltungsknoten 183 verbunden.
Die Vorrichtung 101 umfasst ferner eine vierte induktive Baugruppe 185. Die zweite Ladungspumpe 167 ist mittels der vierten induktiven Baugruppe 185 mit dem dritten Kontakt 141 und dem vierten Kontakt 143 des zweiten Anschlusses 135 verbunden, um die aufgefrischte zweite elektrische Versorgungsgleichspannung an den dritten Kontakt 141 und an den vierten Kontakt 143 des zweiten Anschlusses 135 anzulegen.
Die vierte induktive Baugruppe 185 umfasst eine erste Induktivität 187 und eine zweite Induktivität 189.
Die erste Induktivität 187 der vierten induktiven Baugruppe 185 ist zwischen der zweiten Ladungspumpe 167 und dem dritten Kontakt 141 des zweiten Anschlusses 135 geschaltet oder angeordnet.
Die zweite Induktivität 189 der vierten induktiven Baugruppe 185 ist zwischen der zweiten Ladungspumpe 167 und dem vierten Kontakt 143 des zweiten Anschlusses 135 geschaltet oder angeordnet.
Die Verarbeitungseinheit 150 ist insbesondere ausgebildet, das zweite Datensignal von der ersten physikalischen Schnittstelle 121 zu empfangen und an die zweite physikalische Schnittstelle 151 weiterzuleiten. Insbesondere ist die Verarbeitungseinheit 150 ausgebildet, das zweite Datensignal zu verarbeiten und das verarbeitete zweite Datensignal an die zweite physikalische Schnittstelle 151 weiterzuleiten.
Die zweite physikalische Schnittstelle 151 ist über einen vierten Übertrager 191 und über eine vierte kapazitive Baugruppe 193 mit dem dritten Kontakt 141 und dem vierten Kontakt 143 des zweiten Anschlusses 135 verbunden, so dass die zweite physikalische Schnittstelle 151 an die beiden Kontakte 141, 143 des zweiten Anschlusses 135 das zweite differenzielle Datensignal respektive das verarbeitete zweite Datensignal anlegen kann.
Die vierte kapazitive Baugruppe 193 umfasst einen ersten Kondensator 195 und einen zweiten Kondensator 197.
Der erste Kondensator 195 der vierten kapazitiven Baugruppe 193 ist zwischen dem vierten Übertrager 191 und dem dritten Kontakt 141 des zweiten Anschlusses 135 geschaltet oder angeordnet.
Der zweite Kondensator 197 der vierten kapazitiven Baugruppe 193 ist zwischen dem vierten Übertrager 191 und dem vierten Kontakt 143 des zweiten Anschlusses 135 geschaltet oder angeordnet.
Zwischen dem ersten Kondensator 195 der vierten kapazitiven Baugruppe 193 und dem dritten Kontakt 141 des zweiten Anschlusses 135 ist ein siebter Schaltungsknoten 199 gebildet.
Zwischen dem zweiten Kondensator 197 der vierten kapazitiven Baugruppe 193 und dem vierten Kontakt 143 des zweiten Anschlusses 135 ist ein achter Schaltungsknoten 201 gebildet.
Die erste Induktivität 187 der vierten induktiven Baugruppe 185 ist mit dem siebten Schaltungsknoten 199 verbunden.
Die zweite Induktivität 189 der vierten induktiven Baugruppe 185 ist mit dem achten Schaltungsknoten 201 verbunden.
Somit ist es in vorteilhafter Weise ermöglicht, dass die Vorrichtung 101 zum einen über die vier Kontakte 105, 107, 109, 111 des ersten Anschlusses 103 zwei Versorgungsgleichspannungen empfangen kann, diese mittels der ersten Ladungspumpe 115 und der zweiten Ladungspumpe 167 auffrischen kann und die aufgefrischten Versorgungsgleichspannungen an die vier Kontakte 137, 139, 141, 143 des zweiten Anschlusses 135 anlegen kann.
Die Funktionalität der beiden Ladungspumpen 115, 167 ist nach einer Ausführungsform in einer einzigen Ladungspumpe abgebildet. Das heißt also insbesondere, dass eine einzige Ladungspumpe vorgesehen ist, die beide Versorgungsgleichspannungen auffrischt. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass beide Versorgungsgleichspannungen an einem Schaltungsknoten zusammengeführt werden, so dass die einzige Ladungspumpe nur noch eine einzige Versorgungsgleichspannung auffrischt. Diese aufgefrischte Versorgungsgleichspannung wird dann an einem weiteren Schaltungsknoten wieder in zwei separate Versorgungsgleichspannungen aufgeteilt, so dass die aufgeteilten Versorgungsgleichspannungen respektive die erste und die zweite aufgefrischte Versorgungsgleichspannung bilden.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die mittels der einzigen Ladungspumpe aufgefrischte einzige Versorgungsgleichspannung an die vier Kontakte 137, 139, 141, 143 des zweiten Anschlusses 135 angelegt wird, so dass von einer Aufteilung, wie vorstehend beschrieben, in eine erste und in eine zweite aufgefrischte Versorgungsgleichspannung abgesehen wird.
Zum anderen ist es in vorteilhafter Weise ermöglicht, dass die Vorrichtung 101 die über die vier Kontakte 105, 107, 109, 111 des ersten Anschlusses 103 empfangenen beiden differenziellen Datensignale über die vier Kontakte 137, 139, 141, 143 des zweiten Anschlusses 135 weiterleiten (mit optionaler Bearbeitung) kann.
Dadurch wird in vorteilhafter Weise eine effiziente Reichweitenverlängerung für eine kombinierte Daten- und Energieleitung bewirkt.
Die induktiven Baugruppen 113, 145, 165, 185 blockieren in vorteilhafter Weise, die differenziellen Datensignale, so dass diese nicht an den Ladungspumpen 115, 167 anliegen. Die kapazitiven Baugruppen 125, 155, 175, 193 blockieren in vorteilhafter Weise, die Versorgungsgleichspannungen, so dass diese nicht an den Übertragern 123, 153, 173, 191 respektive den physikalischen Schnittstellen 121, 151 anliegen.
Die Vorrichtung 101 umfasst ferner einen optionalen Temperaturmesser 203, der zum Beispiel als Temperatursensor ausgebildet sein kann. Der Temperaturmesser 203 misst eine Temperatur eines der elektronischen Elemente der Vorrichtung 101. Ein der gemessenen Temperatur entsprechender Temperaturwert wird beispielsweise mittels der Verarbeitungseinheit 150 in das erste respektive zweite Datensignal eingefügt, so dass der Temperaturwert entfernt von der Vorrichtung 101 zur Verfügung gestellt werden kann.
Die Vorrichtung 101 umfasst ferner einen optionalen Spannungsmesser 205, der zum Beispiel als Spannungssensor ausgebildet sein kann. Der Spannungsmesser 205 misst beispielsweise eine an den ersten Kontakt 105 und an den zweiten Kontakt 107 des ersten Anschlusses 103 angelegte Spannung, bei der es sich zum Beispiel um die erste Versorgungsgleichspannung handeln kann. Der Spannungsmesser 205 misst beispielsweise eine an den dritten Kontakt 109 und an vierten Kontakt 111 des ersten Anschlusses 103 angelegte Spannung, bei der es sich zum Beispiel um die zweite Versorgungsgleichspannung handeln kann.
Ein der gemessenen Spannung entsprechender Spannungswert wird beispielsweise mittels der Verarbeitungseinheit 150 in das erste respektive zweite Datensignal eingefügt, so dass der Spannungswert entfernt von der Vorrichtung 101 zur Verfügung gestellt werden kann.
Beispielsweise sind mehrere Spannungsmesser zum Messen der ersten und der zweiten Versorgungsgleichspannung vorgesehen. In der 1 ist zur Veranschaulichung nur ein Spannungsmesser 205 abgebildet.
In einer nicht gezeigten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung 101 ferner einen Strommesser, der zum Beispiel als Stromsensor ausgebildet sein kann. Der Strommesser misst beispielsweise einen elektrischen Strom, der zwischen einem der Kontakte 105, 107, 109, 111 des ersten Anschlusses 103 und derjenigen der Induktivitäten 117, 119, 169, 171, die mit dem entsprechenden Kontakt verbunden ist, fließt.
Ein dem gemessenen Strom entsprechender Stromwert wird beispielsweise mittels der Verarbeitungseinheit 150 in das erste respektive zweite Datensignal eingefügt, so dass der Stromwert entfernt von der Vorrichtung 101 zur Verfügung gestellt werden kann.
Beispielsweise sind mehrere Strommesser zum Messen von entsprechenden elektrischen Strömen vorgesehen.
Die erste Ladungspumpe 115 und die zweite Ladungspumpe 167 sind identisch ausgebildet. Daher werden für die gleichen Merkmale teilweise die gleichen Bezugszeichen verwendet.
Die erste Ladungspumpe 115 umfasst einen Widerstand 207. Der Widerstand 207 ist mit der zweiten Induktivität 119 der ersten induktiven Baugruppe 113 verbunden.
Die erste Ladungspumpe 115 umfasst eine Diode 209. Die Anode der Diode 209 ist mit dem Widerstand 207 verbunden. Der Widerstand 207 ist zwischen der Anode der Diode 209 und der zweiten Induktivität 119 der ersten induktiven Baugruppe 113 angeordnet.
Die Kathode der Diode 209 ist mit der zweiten Induktivität 149 der zweiten induktiven Baugruppe 145 verbunden.
Zwischen dem Widerstand 207 und der Anode der Diode 209 ist ein neunter Schaltungsknoten 211 gebildet.
Die erste Ladungspumpe 115 umfasst einen npn-Bipolartransistor 213. Der Kollektor des npn-Bipolartransistors 213 ist mit dem neunter Schaltungsknoten 211 verbunden. Bei dem Schaltungsentwurf der Ladungspumpe können auch andere bekannte Transistorarten verwendet werden. Das heißt, dass in einer weiteren Ausführungsform anstelle der npn-Bipolartransistoren 213 andere Transistortypen, zum Beispiel MOSFET, verwendet werden.
Die erste Ladungspumpe 115 umfasst einen Controller 215, der auch als eine Steuerung bezeichnet werden kann. Der Controller 215 ist mit der Basis des npn-Bipolartransistors 213 verbunden. Gemäß einer Ausführungsform ist anstelle des npn-Bipolartransistors 213 ein MOSFET vorgesehen, wobei der Controller 215 mit dem Gate des MOSFET verbunden ist.
Die erste Ladungspumpe 115 umfasst einen Leiter 217, der mit der ersten Induktivität 117 der ersten induktiven Baugruppe 113 und mit der ersten Induktivität 147 der zweiten induktiven Baugruppe 145 verbunden ist.
Der Leiter 217 umfasst einen zehnten Schaltungsknoten 219, der mit dem Emitter des npn-Bipolartransistors 213 verbunden ist.
Der Leiter 217 umfasst einen elften Schaltungsknoten 221, der zwischen dem 10. Schaltungsknoten 219 und der ersten Induktivität 147 der zweiten induktiven Baugruppe 145 angeordnet ist.
Die erste Ladungspumpe 115 umfasst ferner einen 12. Schaltungsknoten 223, der zwischen der Kathode der Diode 209 und der zweiten Induktivität 149 der zweiten induktiven Baugruppe 145 angeordnet ist.
Zwischen dem elften Schaltungsknoten 221 und dem 12. Schaltungsknoten 223 ist ein Kondensator 225 angeordnet oder geschaltet.
Die erste Ladungspumpe 115 umfasst ferner einen 13. Schaltungsknoten 227, der zwischen dem 12. Schaltungsknoten 223 und der zweiten Induktivität 149 der zweiten induktiven Baugruppe 145 angeordnet ist. Der 13. Schaltungsknoten 227 ist mit dem Controller 215 verbunden.
Die erste Ladungspumpe 115 umfasst ferner einen 14. Schaltungsknoten 229, der zwischen dem 11. Schaltungsknoten 221 und der ersten Induktivität 147 der zweiten induktiven Baugruppe 145 angeordnet ist. Der 14. Schaltungsknoten 229 ist mit dem Controller 215 verbunden.
Über die beiden Schaltungsknoten 227, 229 kann der Controller 215 die aufgefrischte erste Versorgungsgleichspannung messen. Einem dieser gemessenen aufgefrischten Versorgungsgleichspannung entsprechender Spannungswert stellt der Controller 215 beispielsweise der Verarbeitungseinheit 150 bereit. Die Verarbeitungseinheit 150 fügt diesen Spannungswert beispielsweise in das erste respektive zweite Datensignal ein. Dadurch kann dieser Spannungswert entfernt von der Vorrichtung 101 zur Verfügung gestellt werden.
Die zweite Ladungspumpe 167 umfasst einen Widerstand 207. Der Widerstand 207 ist mit der zweiten Induktivität 169 der dritten induktiven Baugruppe 165 verbunden.
Die zweite Ladungspumpe 167 umfasst eine Diode 209. Die Anode der Diode 209 ist mit dem Widerstand 207 verbunden. Der Widerstand 207 ist zwischen der Anode der Diode 209 und der zweiten Induktivität 169 der dritten induktiven Baugruppe 165 angeordnet.
Die Kathode der Diode 209 ist mit der ersten Induktivität 187 der vierten induktiven Baugruppe 185 verbunden.
Zwischen dem Widerstand 207 und der Anode der Diode 209 ist ein 15. Schaltungsknoten 231 gebildet.
Die zweite Ladungspumpe 167 umfasst einen npn-Bipolartransistor 213. Der Kollektor des npn-Bipolartransistors 213 ist mit dem 15. Schaltungsknoten 231 verbunden.
Die zweite Ladungspumpe 167 umfasst einen Controller 215, der auch als eine Steuerung bezeichnet werden kann. Der Controller 215 ist mit der Basis des npn-Bipolartransistors 213 verbunden.
Die zweite Ladungspumpe 167 umfasst einen Leiter 217, der mit der zweiten Induktivität 171 der dritten induktiven Baugruppe 165 und mit der zweiten Induktivität 189 der vierten induktiven Baugruppe 185 verbunden ist.
Der Leiter 219 umfasst einen 16. Schaltungsknoten 233, der mit dem Emitter des npn-Bipolartransistors 213 verbunden ist.
Der Leiter 219 umfasst einen 17. Schaltungsknoten 235, der zwischen dem 16. Schaltungsknoten 233 und der zweiten Induktivität 189 der vierten induktiven Baugruppe 185 angeordnet ist.
Die zweite Ladungspumpe 167 umfasst ferner einen 18. Schaltungsknoten 237, der zwischen der Kathode der Diode 209 und der ersten Induktivität 187 der vierten induktiven Baugruppe 185 angeordnet ist.
Zwischen dem 17. Schaltungsknoten 235 und dem 18. Schaltungsknoten 237 ist ein Kondensator 225 angeordnet oder geschaltet.
Die zweite Ladungspumpe 167 umfasst ferner einen 19. Schaltungsknoten 239, der zwischen dem 18. Schaltungsknoten 237 und der ersten Induktivität 187 der vierten induktiven Baugruppe 185 angeordnet ist. Der 19. Schaltungsknoten 239 ist mit dem Controller 215 verbunden.
Die zweite Ladungspumpe 167 umfasst ferner einen 20. Schaltungsknoten 241, der zwischen dem 17. Schaltungsknoten 235 und der zweiten Induktivität 189 der vierten induktiven Baugruppe 185 angeordnet ist. Der 20. Schaltungsknoten 241 ist mit dem Controller 215 verbunden.
Über die beiden Schaltungsknoten 239, 241 kann der Controller 215 die aufgefrischte zweite Versorgungsgleichspannung messen. Einem dieser gemessenen Versorgungsgleichspannung entsprechender Spannungswert stellt der Controller 215 beispielsweise der Verarbeitungseinheit 150 bereit. Die Verarbeitungseinheit 150 fügt diesen Spannungswert beispielsweise in das erste respektive zweite Datensignal ein. Dadurch kann dieser Spannungswert entfernt von der Vorrichtung 101 zur Verfügung gestellt werden.
Über eine an sich bekannte Pulsweitenmodulation kann der jeweilige Controller 215 der beiden Ladungspumpen 115, 167 den entsprechenden npn-Bipolartransistor 213 schalten und so letztlich die entsprechende Versorgungsgleichspannung auffrischen.
Die Vorrichtung 101 umfasst ferner ein optionales Netzteil 243 zum Speisen der ersten respektive zweiten Ladungspumpe 115, 167 mit elektrischer Energie. Beispielsweise ist für jede Ladungspumpe 115, 167 ein eigenes Netzteil vorgesehen.
2 zeigt ein Bussystem 401.
Das Bussystem 401 umfasst ein Einspeisemodul 403. Das Einspeisemodul 403 ist ausgebildet, eine erste und eine zweite elektrische Versorgungsgleichspannung bereitzustellen. Das Einspeisemodul 403 umfasst zum Beispiel eine erste Gleichspannungsquelle zum Bereitstellen der ersten elektrischen Versorgungsgleichspannung und eine zweite Gleichspannungsquelle zum Bereitstellen der zweiten elektrischen Versorgungsgleichspannung.
Das Einspeisemodul 403 ist mit einer ersten kombinierten Daten- und Energieleitung 405 verbunden. Die erste kombinierte Daten- und Energieleitung 405 umfasst vier Leiter (nicht gezeigt), die jeweils an einem Ende mit einem Kontakt (nicht gezeigt) eines Anschlusses (nicht gezeigt) des Einspeisemoduls 403 elektrisch leitfähig verbunden sind.
Das Einspeisemodul 403 speist die zwei Datensignale und die zwei Versorgungsgleichspannungen analog zur Vorrichtung 101 über kapazitive Baugruppen, Übertrager und induktive Baugruppen in die erste kombinierte Daten- und Energieleitung ein.
Ein jeweiliges anderes Ende (nicht gezeigt) der vier Leiter ist mit den Kontakten 105, 107, 109, 111 des ersten Anschlusses 103 der Vorrichtung 101 der 1 elektrisch leitfähig verbunden.
In 2 ist der Übersicht halber für die Vorrichtung 101 der 1 nur ein Viereck als Platzhalter gezeichnet.
Die eingespeisten Versorgungsgleichspannungen werden mittels der Ladungspumpen 115, 167 der Vorrichtung 101 aufgefrischt und in eine zweite kombinierte Daten- und Energieleitung 407 eingespeist. Die zweite kombinierte Daten- und Energieleitung 407 ist analog zur ersten kombinierten Daten- und Energieleitung 403 ausgebildet. Entsprechend ist ein jeweiliges Ende der vier Leiter (nicht gezeigt) mit den Kontakten 137, 139, 141, 143 des zweiten Anschlusses 135 elektrisch leitfähig verbunden.
Ein jeweiliges anderes Ende der vier Leiter ist mit jeweiligen Kontakten (nicht gezeigt) eines Anschlusses (nicht gezeigt) eines Verbrauchermoduls 409 elektrisch leitfähig verbunden.
Das Verbrauchermodul 409 empfängt die zwei differenziellen Datensignale und die zwei elektrischen Versorgungsgleichspannungen, mittels welchen zum Beispiel jeweils zwei Gleichspannungsverbraucher versorgt werden können. Das Verbrauchermodul 409 umfasst beispielsweise einen ersten und einen zweiten Gleichspannungsverbraucher.
Das Empfangen der Datensignale und der Versorgungsgleichspannungen mittels des Verbrauchermoduls wird beispielsweise analog zum entsprechenden Empfangen mittels der Vorrichtung 101 ausgeführt, also insbesondere unter Verwendung kapazitiver Baugruppen, induktiver Baugruppen, Übertrager und physikalischer Schnittstelle.
In einer nicht gezeigten Ausführungsform ist mehr als eine Vorrichtung 101 vorgesehen, um die Reichweite der Daten- und Energieübertragung zu verlängern. Die mehreren Vorrichtungen sind hierbei mittels kombinierter Daten- und Energieleitungen hintereinandergeschaltet. In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass anstelle einer Vorrichtung zur Reichweitenverlängerung für eine kombinierte Daten- und Energieleitung ein Verlängerungsmodul verwendet wird respektive ist, wobei das Verlängerungsmodul beispielsweise der Vorrichtung zur Reichweitenverlängerung für eine kombinierte Daten- und Energieleitung entspricht, bis auf die Ladungspumpe. Das heißt also beispielsweise, dass das Verlängerungsmodul frei von einer Ladungspumpe ist. Dadurch können in vorteilhafter Weise Kosten eingespart werden.
Das heißt also insbesondere, dass sowohl eine Vorrichtung zur Reichweitenverlängerung für eine kombinierte Daten- und Energieleitung und ein Verlängerungsmodul mittels kombinierter Daten- und Energieleitungen hintereinandergeschaltet sind.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Reichweitenverlängerung für eine kombinierte Daten- und Energieleitung unter Verwendung einer Vorrichtung zur Reichweitenverlängerung für eine kombinierte Daten- und Energieleitung, beispielsweise der Vorrichtung 101 der 1.
Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

– Anlegen 501 einer ersten elektrischen Versorgungsgleichspannung an den ersten und an den zweiten Kontakt des ersten Anschlusses,
– Auffrischen 503 der an den ersten und an den zweiten Kontakt des ersten Anschlusses angelegten ersten elektrischen Versorgungsgleichspannung mittels der ersten Ladungspumpe,
– Anlegen 505 der aufgefrischten ersten elektrischen Versorgungsgleichspannung an den ersten und an den zweiten Kontakt des zweiten Anschlusses mittels der ersten Ladungspumpe,
– Empfangen 507 eines an dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt des ersten Anschlusses angelegten ersten differenziellen Datensignals mittels der ersten physikalischen Schnittstelle,
– Weiterleiten 509 des empfangenen ersten differenziellen Datensignals an die zweite physikalische Schnittstelle,
– Anlegen 511 des ersten differenziellen Datensignals an den ersten Kontakt und an den zweiten Kontakt des zweiten Anschlusses mittels der zweiten physikalischen Schnittstelle.

Die Erfindung stellt also ein effizientes Konzept bereit, mittels welchen beispielsweise für ein Bussystem, in dem über zwei Leiter einer Leitung sowohl eine Versorgungsgleichspannung als auch ein differenzielles Datensignal übertragen werden, eine Verlängerung nach dem in den 1 und 2 gezeigten Schema aufgebaut werden kann. Als Übertragungsverfahren können respektive sind zum Beispiel ein oder mehrere der folgenden Übertragungsverfahren vorgesehen: PoE (Power over Ethernet), PoDL (Power over Data Lines), Powerline (auch PLC (Powerlinecommunication) genannt) und EtherCAT P.
Die Ausgestaltung der Ein- respektive Auskopplung der Versorgungsgleichspannungen ist insbesondere entsprechend den Vorgaben des Übertragungsverfahrens ausgebildet. Die Verarbeitungseinheit zwischen den einzelnen physikalischen Schnittstellen (PHY) ist insbesondere optional, einige Bausteine (zum Beispiel die beiden PHYs) können beispielsweise ohne weitere Steuerung miteinander verbunden werden und fungieren so insbesondere als Repeater.
Die optionale Verarbeitungseinheit innerhalb der Vorrichtung, wobei die Vorrichtung auch als eine Verlängerungseinheit bezeichnet werden kann, wird nach einer Ausführungsform zur Beobachtung jedes lokalen Knotens, also insbesondere der einzelnen Elemente der Vorrichtung, verwendet, wobei beispielsweise die elektrischen Ströme und/oder die Versorgungsgleichspannungen der lokalen Einspeisung gemessen und überwacht werden. Damit können neben dem eigentlichen Betrieb in vorteilhafter Weise auch noch Langzeitveränderungen im Bussystem beurteilt werden, etwa sich verändernde Übergangswiderstände, die zum Beispiel Rückschlüsse auf den Zustand des Bussystems ermöglichen.
Ein optionaler Temperaturmesser der Vorrichtung kann beispielsweise zur Überwachung der Ladungspumpe(n) eingesetzt werden.
Die Vorrichtung weist beispielsweise Eingabe-/Ausgabe-Anschlüsse zum Anschließen einer externen Sensorik respektive Aktorik auf.
Die Ladungspumpe, die auch als ein Step-Up-Wandler bezeichnet werden kann, kann beispielsweise an mehreren Stellen im Bussystem eingesetzt werden, um beispielsweise bei Unterschreiten einer Mindestspannung die Versorgungsgleichspannung wieder auf ein Minimum zu heben, also aufzufrischen. Die Position (beispielsweise vor oder nach einem Netzteil der Vorrichtung) hängt dabei insbesondere von der zu erwartenden Verlustleistung ab. Beispielsweise ist die Auffrischung zurespektive abschaltbar ausgelegt, zum Beispiel steuerbar über die optionale Verarbeitungseinheit.
In einer Ausführungsform, insbesondere wenn die Vorrichtung für ein EtherCAT P-Bussystem vorgesehen ist, ist vorgesehen, dass die zwei Versorgungsgleichspannungen aus beiden Leiterpaaren (4 Leiter, also zwei Leiterpaare) im entfernten/zu speisenden Gerät (Verbrauchermodul) zusammengeführt sind. Dies ist beispielsweise dann möglich, wenn die Nutzung (Speisung mittels des Verbrauchermoduls) einer externen Sensorik respektive Aktorik entsprechend eingeschränkt ist.
Vorteil ist hier der geringere (halbe) Widerstand der Versorgungs- und Datenleitung.
In einer Ausführungsform, insbesondere wenn die Vorrichtung für ein EtherCAT P-Bussystem vorgesehen ist, ist eine Verwendung einer Hybridleitung vorgesehen, die in vorteilhafter Weise eine weitere Verringerung des Leitungswiderstandes ermöglicht.
Aus EMV-technischen und sicherheitstechnischen Gründen kann vorgesehen und vorgeschrieben sein, dass die beiden Versorgungsgleichspannungen nicht zusammengeführt werden dürfen.
Demgemäß steht beispielsweise ausschließlich die erste Versorgungsgleichspannung zur Versorgung eines Sensors zur Speisung der Weiterleitung zur Verfügung.
Abweichend davon ist nach einer Ausführungsform vorgesehen, dass sowohl im speisenden Gerät (= Einspeisemodul) als auch in dem/den Weiterleitungsknoten (= Vorrichtung(en) zur Reichweitenverlängerung für eine kombinierte Daten- und Energieleitung) die beiden Versorgungsgleichspannungen zusammengeführt (oder verbunden) werden respektive sind. Dadurch sieht die zusammengeführte Versorgungsgleichspannung in vorteilhafter Weise effektiv nur einen halben elektrischen Widerstand der Leitung.
In einer Hybridleitung sind in der Regel die zusätzlichen (zusätzlich zu den vier Leitungen für die zwei Datensignale und die beiden Versorgungsgleichspannungen) Leitungen mit einem deutlich größeren Leiterquerschnitt als die EtherCAT Leitungen (zum Beispiel 1,5mm² gegenüber 0,34mm²) vorgesehen. Dementsprechend ist hier der Spannungsabfall noch geringer.
Weitere Vorteile sind neben dem Primärziel der Reichweitenverlängerung noch zusätzlich in einer Verbesserung einer Diagnosefähigkeit des Bussystems zu sehen, weil jede Vorrichtung bei einem Vorhandensein eines Strommessers respektive Spannungsmessers respektive Temperaturmessers die entsprechenden Messwerte mittels des oder der Datensignale entfernt zur Verfügung stellen kann, so dass die Spannungen, Ströme und Temperaturen entfernt überwacht und überprüft werden können.
Die Vorrichtung ist also durch die Verarbeitungseinheit ein aktiver Teilnehmer des Bussystems, wodurch die einzelnen kombinierten Daten- und Energieleitungen, insbesondere dauerhaft, überprüft werden können.
Der Vorteil einer kombinierten Daten- und Energieübertragung, insbesondere bei einer kupferbasierten kombinierten Datenund Energieübertragung ist insbesondere, dass hiermit gleichzeitig zur Datenübertragung auch ein- oder mehrere Versorgunggleichspannungen übertragen werden können. Diese werden nach einer Ausführungsform für eine Reichweitenverlängerung verwendet, um ein Übertragungssignal (hier das erste respektive zweite differenzielle Datensignal) aufzufrischen. Dies bedeutet insbesondere, dass die Reichweite eines Bussystems mit einer kombinierten Daten- und Energieübertragung erhöht, insbesondere vervielfacht, werden kann, wobei die maximal erreichbare Länge ausschließlich von einer Energieversorgung über das Bussystem abhängt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015105702 [0002]

Claims

Vorrichtung (101) zur Reichweitenverlängerung für eine kombinierte Daten- und Energieleitung, umfassend: – einen ersten Anschluss (103) zum Anschließen einer ersten kombinierten Daten- und Energieleitung (405), – wobei der erste Anschluss (103) einen ersten (105) und einen zweiten elektrischen Kontakt (107) aufweist, – eine erste Ladungspumpe (115) zum Auffrischen einer Gleichspannung, – wobei die erste Ladungspumpe (115) über eine erste induktive Baugruppe (113) mit dem ersten (105) und dem zweiten Kontakt (107) des ersten Anschlusses (103) verbunden ist, so dass die erste Ladungspumpe (115) eine an den ersten (105) und an den zweiten Kontakt (107) des ersten Anschlusses (103) angelegte erste elektrische Versorgungsgleichspannung auffrischen kann, – einen zweiten Anschluss (135) zum Anschließen einer zweiten kombinierten Daten- und Energieleitung (407), – wobei der zweite Anschluss (135) einen ersten (137) und einen zweiten elektrischen Kontakt (139) aufweist, – wobei die erste Ladungspumpe (115) über eine zweite induktive Baugruppe (145) mit dem ersten (137) und dem zweiten Kontakt (139) des zweiten Anschlusses (135) verbunden ist, um die aufgefrischte erste elektrische Versorgungsgleichspannung an den ersten (137) und an den zweiten Kontakt (139) des zweiten Anschlusses (135) anzulegen, – eine erste physikalische Schnittstelle (121) zum Empfangen eines ersten differenziellen Datensignals, – wobei die erste physikalische Schnittstelle (121) über einen ersten Übertrager (123) und eine erste kapazitive Baugruppe (125) mit dem ersten (105) und dem zweiten Kontakt (107) des ersten Anschlusses (103) verbunden ist, um ein an dem ersten Kontakt (105) und dem zweiten Kontakt (107) des ersten Anschlusses (103) angelegtes erstes differenzielles Datensignal zu empfangen, – eine mit der ersten physikalischen Schnittstelle (121) verbundene zweite physikalische Schnittstelle (151) zum Bereitstellen des ersten differenziellen Datensignals, – wobei die zweite physikalische Schnittstelle (151) über einen zweiten Übertrager (153) und eine zweite kapazitive Baugruppe (155) mit dem ersten (137) und dem zweiten Kontakt (139) des zweiten Anschlusses (135) verbunden ist, um das erste differenzielle Datensignal an den ersten Kontakt (137) und an den zweiten Kontakt (139) des zweiten Anschlusses (135) anzulegen.
Vorrichtung (101) nach Anspruch 1, wobei die erste physikalische Schnittstelle (121) und die zweite physikalische Schnittstelle (151) mittels einer Verarbeitungseinheit (150) zum Verarbeiten des ersten differenziellen Datensignals verbunden sind.
Vorrichtung (101) nach Anspruch 2, wobei ein Spannungsmesser (205) zum Messen einer an den ersten (105) und an den zweiten Kontakt (107) des ersten Anschlusses (103) angelegten elektrischen Spannung vorgesehen ist, wobei die Verarbeitungseinheit (150) ausgebildet ist, einen der gemessenen elektrischen Spannung entsprechenden ersten Spannungswert in das erste differenzielle Datensignal einzufügen.
Vorrichtung (101) nach Anspruch 2 oder 3, wobei ein Strommesser zum Messen eines einer an den ersten (105) und an den zweiten Kontakt (107) des ersten Anschlusses (103) angelegten elektrischen Spannung entsprechenden elektrischen Stroms vorgesehen ist, wobei die Verarbeitungseinheit (150) ausgebildet ist, einen dem gemessenen elektrischen Strom entsprechenden ersten Stromwert in das erste differenzielle Datensignal einzufügen.
Vorrichtung (101) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei ein Temperaturmesser (203) zum Messen einer Temperatur von einem der elektronischen Elemente der Vorrichtung (101) vorgesehen ist, wobei die Verarbeitungseinheit (150) ausgebildet ist, einen der gemessenen Temperatur entsprechenden Temperaturwert in das erste differenzielle Datensignal einzufügen.
Vorrichtung (101) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Verarbeitungseinheit (150) ausgebildet ist, das erste differenzielle Datensignal aufzufrischen.
Vorrichtung (101) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Auffrischung der ersten elektrischen Versorgungsgleichspannung mittels der ersten Ladungspumpe (115) zu- und abschaltbar ausgebildet ist.
Vorrichtung (101) nach Anspruch 7 und einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die Verarbeitungseinheit (150) ausgebildet ist, das Zu- und Abschalten zu steuern.
Vorrichtung (101) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein Netzteil (243) zum Speisen der ersten Ladungspumpe (115) mit elektrischer Energie vorgesehen ist.
Vorrichtung (101) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste Ladungspumpe (115) ausgebildet ist, die erste elektrische Versorgungsgleichspannung nur dann aufzufrischen, wenn die erste elektrische Versorgungsgleichspannung kleiner oder kleiner-gleich einem vorbestimmten ersten Versorgungsspannungsschwellwert ist.
Vorrichtung (101) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der erste Anschluss (103) einen dritten (109) und einen vierten Kontakt (111) aufweist, wobei eine zweite Ladungspumpe (167) über eine dritte induktive Baugruppe (165) mit dem dritten (109) und dem vierten Kontakt (111) des ersten Anschlusses (103) verbunden ist, so dass die zweite Ladungspumpe (167) eine an den dritten (109) und an den vierten Kontakt (111) des ersten Anschlusses (103) angelegte zweite elektrische Versorgungsgleichspannung auffrischen kann, wobei der zweite Anschluss (135) einen dritten (141) und einen vierten elektrischen Kontakt (143) aufweist, wobei die zweite Ladungspumpe (167) über eine vierte induktive Baugruppe (185) mit dem dritten (141) und dem vierten Kontakt (143) des zweiten Anschlusses (135) verbunden ist, um die aufgefrischte zweite elektrische Versorgungsgleichspannung an den dritten (141) und an den vierten Kontakt (143) des zweiten Anschlusses (135) anzulegen, wobei die erste physikalische Schnittstelle (121) über einen dritten Übertrager (173) und eine dritte kapazitive Baugruppe (175) mit dem dritten (109) und dem vierten Kontakt (111) des ersten Anschlusses (103) verbunden ist, um ein an dem dritten Kontakt (109) und dem vierten Kontakt (111) des ersten Anschlusses (103) angelegtes zweites differenzielles Datensignal zu empfangen, wobei die zweite physikalische Schnittstelle (151) über einen vierten Übertrager (191) und eine vierte kapazitive Baugruppe (193) mit dem dritten (141) und dem vierten Kontakt (143) des zweiten Anschlusses (135) verbunden ist, um das zweite differenzielle Datensignal an den dritten Kontakt (141) und an den vierten Kontakt (143) des zweiten Anschlusses (135) anzulegen.
Verfahren zur Reichweitenverlängerung für eine kombinierte Daten- und Energieleitung unter Verwendung der Vorrichtung (101) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend die folgenden Schritte: – Anlegen (501) einer ersten elektrischen Versorgungsgleichspannung an den ersten (105) und an den zweiten Kontakt (107) des ersten Anschlusses (103), – Auffrischen (503) der an den ersten (105) und an den zweiten Kontakt (107) des ersten Anschlusses (103) angelegten ersten elektrischen Versorgungsgleichspannung mittels der ersten Ladungspumpe (115), – Anlegen (505) der aufgefrischten ersten elektrischen Versorgungsgleichspannung an den ersten (137) und an den zweiten Kontakt (139) des zweiten Anschlusses (135) mittels der ersten Ladungspumpe (115), – Empfangen (507) eines an dem ersten Kontakt (105) und dem zweiten Kontakt (107) des ersten Anschlusses (103) angelegten ersten differenziellen Datensignals mittels der ersten physikalischen Schnittstelle (121), – Weiterleiten (509) des empfangenen ersten differenziellen Datensignals an die zweite physikalische Schnittstelle (151), – Anlegen (511) des ersten differenziellen Datensignals an den ersten Kontakt (137) und an den zweiten Kontakt (139) des zweiten Anschlusses (135) mittels der zweiten physikalischen Schnittstelle (151).
Bussystem (401), umfassend: – ein Einspeisemodul (403) zum Einspeisen einer ersten elektrischen Versorgungsgleichspannung und eines ersten differenziellen Datensignals in eine erste kombinierte Daten- und Energieleitung (405), – die Vorrichtung (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, um die erste kombinierte Daten- und Energieleitung (405) mit einer zweiten kombinierten Daten- und Energieleitung (407) zu verbinden, – ein Verbrauchermodul (409) zum Empfangen der ersten elektrischen Versorgungsgleichspannung und des ersten differenziellen Datensignals von der zweiten kombinierten Daten- und Energieleitung (407).