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Die Erfindung betrifft eine Anordnung, insbesondere potentialfreie serielle Schnittstelle zur Kommunikation zwischen Elektrogeräten.
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Es ist allgemein bekannt, dass eine Schnittstelle zum Bereitstellen einer Sendesignalspannung dient und eine Empfangssignalspannung aufnehmbar ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung weiterzubilden, wobei diese Anordnung als Schnittstelle verwendbar ist.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Anordnung nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Wichtige Merkmale der Erfindung bei der Anordnung sind, dass die Anordnung, insbesondere potentialfreie serielle Schnittstelle zur Kommunikation zwischen Elektrogeräten vorgesehen ist,
wobei die Anordnung eine empfangsseitige Empfangssignalspannung als digitales Empfangssignal zur Verfügung stellt,
wobei die Anordnung eine sendeseitig digitale Signalspannung als Sendesignalspannung zur Verfügung stellt,
wobei die sendeseitig digitale Signalspannung einer Primärwicklung eines ersten induktiven Übertragers zugeführt wird und die an der Sekundärwicklung des ersten induktiven Übertragers induzierte Spannung als Sendesignalspannung zur Verfügung gestellt wird, insbesondere über stromkompensierte Drosseln,
wobei die Empfangssignalspannung, insbesondere über stromkompensierte Drosseln, einer Primärwicklung eines zweiten induktiven Übertragers zugeführt wird und die an der Sekundärwicklung des zweiten induktiven Übertragers induzierte Spannung mittels eines Komparators, insbesondere LVDS-Komparators, in das digitale Empfangssignal gewandelt wird.
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Von Vorteil ist dabei, dass ein digitaler Datenstrom über eine galvanische Entkopplung hin als analoge Sendesignalspannung zur Verfügung stellbar ist und ebenso ein analoges Empfangssignal über eine galvanische Entkopplung hin in einen digitalen Datenstrom wandelbar ist. Somit ist also eine serielle bidirektionale Schnittstelle in einfacher Weise ausbildbar, die galvanische Trennung berücksichtigt.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Anordnung einen konfigurierbaren Logikbaustein auf,
wobei der Logikbaustein einen ersten und einen zweiten Ausgang aufweist,
wobei die zu sendende Information als digitaler Datensignalstrom am ersten Ausgang zur Verfügung gestellt wird,
wobei der Logikbaustein ein Mittel zur wahlweisen Invertierung aufweist, dem der digitale Datensignalstrom ebenfalls zugeführt wird,
wobei das Mittel an seinem Ausgang, der als der zweite Ausgang des Logikbausteins fungiert, abhängig von dem an einem Steuereingang des Mittels anliegenden Zustand, insbesondere Digitalzustand, den Datensignalstrom zur Verfügung stellt oder den invertierten Datensignalstrom,
wobei der erste Ausgang (Tx) mit dem Eingang eines ersten Treibers verbunden ist, dessen Ausgang über einen Widerstand mit dem ersten Anschluss der Primärwicklung des ersten Übertragers verbunden ist,
wobei der zweite Ausgang (SEND) mit dem Eingang eines zweiten Treibers verbunden ist, dessen Ausgang über einen Widerstand mit dem zweiten Anschluss der Primärwicklung des ersten Übertragers verbunden ist. Von Vorteil ist dabei, dass ein Senden unterdrückt ist, wenn an beiden Ausgängen dasselbe Potential vorhanden ist. Denn auf diese Weise liegt an der Primärwicklung keine Spannung an. Ein Senden ist somit verhinderbar. Wenn jedoch Sendebetrieb aktiviert ist, liegt an der Primärwicklung die Differenz der beiden Ausgangspotentiale an und somit eine höhere Spannung im Vergleich zu der von einem einzigen der Ausgänge bildbaren Spannung, insbesondere bezogen auf elektrisch Erde und/oder Masse.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung fungiert die an einem ersten Widerstand (R5) abfallende Spannung eines mehrgeteilten Spannungsteilers als Eingangsspannung für den Komparator fungiert,
wobei die in der Sekundärwicklung des zweiten Übertragers induzierte Spannung über kapazitive Kopplung, insbesondere über Kondensatoren an Verbindungspunkte oder Verbindungsknoten des mehrgeteilten Spannungsteilers geführt wird,
insbesondere wobei der mehrgeteilte aus derart dimensionierten Widerständen gebildet ist, dass die Potentiale der Eingangsspannung jeweils positiv sind, also höher als elektrisch Erde oder Masse sind. Von Vorteil ist dabei, dass der mehrgeteilte Spannungsteiler ermöglicht, dass die Eingangspotentiale positiv sind und im Arbeitsbereich des Komparators liegen.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung fungiert die an einem ersten Widerstand (R5) abfallende Spannung eines mehrgeteilten Spannungsteilers als Eingangsspannung für den Komparator,
wobei der erste Widerstand (R5) des mehrgeteilten Spannungsteilers zwischen zwei Widerständen (R4, R6) des mehrgeteilten Spannungsteilers angeordnet ist, von denen ein erster Widerstand (R4) über einen weiteren Widerstand R3 mit einem oberen Versorgungspotential verbunden ist und von denen der andere Widerstand (R6) über einen weiteren Widerstand (R3) mit elektrisch Masse und/oder Erde verbunden. Von Vorteil ist dabei, dass die Eingangsspannung auf den Arbeitsberiech abstimmbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Sekundärwicklung des zweiten Übertragers eine Mittelanzapfung auf, die mit elektrisch Erde und/oder Masse verbunden ist. Von Vorteil ist dabei, dass der Massenbezug ein Wegdriften der Spannungen verhindert.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Primärwicklung des ersten Übertragers eine Mittelanzapfung auf, die mit elektrisch Erde und/oder Masse verbunden ist. Von Vorteil ist dabei, dass der Massenbezug ein Wegdriften der Spannungen verhindert.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Sekundärwicklung des ersten Übertragers eine Mittelanzapfung auf, die mit dem oberen Anschluss eines aus zwei Widerständen bestehenden Spannungsteilers verbunden ist,
die Primärwicklung des zweiten Übertragers eine Mittelanzapfung aufweist, die mit dem unteren Anschluss des Spannungsteilers verbunden ist,
wobei am Verbindungspunkt der beiden Widerstände der erste Anschluss eines Kondensators angeschlossen ist, dessen anderer Anschluss mit elektrisch Erde und/oder Masse verbunden ist. Von Vorteil ist dabei, dass der Massenbezug ein Wegdriften von Spannungen verhindert.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
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Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
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In der 1 ist eine erfindungsgemäße Anordnung, die als potentialfreie serielle Schnittstelle zur Kommunikation zwischen Elektrogeräten einsetzbar ist.
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Die Anordnung ist also beispielsweise in einem ersten Elektrogerät angeordnet. Dieses Elektrogerät weist eine Signalelektronik auf, die einen konfigurierbaren Logikbaustein, insbesondere FPGA, aufweist.
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Die an ein anderes Elektrogerät zu sendende Information wird als digitaler Datensignalstrom an einem ersten Ausgang des FPGA zur Verfügung gestellt, der mit dem ersten Eingang Tx der Anordnung verbunden ist. Ein zweiter Ausgang des FPGA ist mit dem zweiten Eingang SEND der Anordnung verbunden.
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Sollen nun Daten gesendet werden, wird der zu sendende digitale Datensignalstrom dem ersten Eingang Tx zugeführt und synchron der invertierte Datensignalstrom dem zweiten Eingang SEND der Anordnung. Wenn also an Tx zu einem ersten Zeitpunkt ein Zustand HIGH anliegt, liegt der Zustand LOW an SEND an. Ebenso liegt an SEND der Zustand HIGH, wenn zu einem anderen Zeitpunkt an Tx der Zustand LOW anliegt. Zwischen SEND und Tx liegt also eine vom zu sendenden Zustand abhängige Spannung vor.
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Sollen keine Daten gesendet werden, wird dem Eingang SEND stets dasselbe Signal wie dem Zustand Tx zugeführt. Auf diese Weise liegt dann in keinem Fall zwischen Tx und SEND eine nicht verschwindende Spannung vor.
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Der Eingang Tx ist einem ersten Treiber 1, insbesondere LVC-Treiber, zugeführt. Der Ausgang des Treibers 1 wird über einen Widerstand R1 an den ersten Anschluss einer Primärwicklung eines ersten Transformators T1 geführt. Der Eingang SEND ist einem zweiten Treiber 2, insbesondere LVD-Treiber, zugeführt, der vorzugsweise baugleich zum ersten Treiber 1 ist. Der Ausgang des zweiten Treibers 2 wird wiederum über einen Widerstand R1 an den zweiten Anschluss der Primärwicklung des ersten Transformators T1 geführt.
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Die Sekundärwicklung des ersten Transformators T1 weist eine Mittelanzapfung auf, die mit dem oberen Anschluss eines aus zwei Widerständen R2 bestehenden Spannungsteilers verbunden ist, dessen unterer Anschluss mit der Mittelanzapfung einer Sekundärwicklung eines zweiten Transformators T2 verbunden ist. Der Verbindungspunkt der beiden Widerstände R2 des Spannungsteilers, also das mittlere Potential des Spannungsteilers, liegt an einem ersten Anschluss eines Kondensators C2 an, dessen anderer Anschluss mit elektrischer Masse verbunden ist.
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Die an der Sekundärwicklung des ersten Transformators T1 induzierte Spannung wird über stromkompensierte Drosseln 5 als Sendesignalspannung zur Verfügung gestellt. Somit wird entsprechend dem primärseitig über die Treiber 1 und 2 zugeführten digitalen Datenstrom eine entsprechende Sendesignalspannung U_S als Ausgangsspannung der Schnittstelle bereit gestellt.
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Die stromkompensierten Drosseln 5 sind mittels auf einem gemeinsamen ersten magnetisch leitfähigen Kern angeordneten Wicklungen realisiert.
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Die am Eingang der Schnittstelle anliegende Empfangssignalspannung wird ebenso über stromkompensierte Drosseln 4 der Sekundärwicklung des zweiten Transformators T2 zugeführt.
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Die stromkompensierten Drosseln 4 sind mittels auf einem gemeinsamen zweiten magnetisch leitfähigen Kern angeordneten Wicklungen realisiert.
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Die Primärwicklung des zweiten Transformators T2 weist wiederum eine Mittelanzapfung auf die mit elektrischer Masse, also Erde, verbunden ist.
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Der obere Anschluss der Primärwicklung des zweiten Transformators T2 ist über einen ersten Kondensator C1 mit einem ersten Knoten eines mehrgeteilten Spannungsteilers verbunden.
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Der mehrgeteilte Spannungsteiler besteht dabei aus einer Reihenschaltung mehrerer Widerstände und ist von einer Spannung versorgt, die zwischen einem oberen Versorgungsspannungspotential und einem unteren Versorgungsspannungspotential, insbesondere elektrisch Masse, also Erde, angeordnet ist.
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Der untere Anschluss der Primärwicklung des zweiten Transformators T2 ist über einen weiteren Kondensator C1 mit einem anderen Knoten eines mehrgeteilten Spannungsteilers verbunden.
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Zwischen dem ersten Knoten und dem oberen Versorgungsspannungspotential ist ein Widerstand R3 angeordnet. Zwischen dem weiteren Knoten und dem unteren Versorgungsspannungspotential ist ein weiterer Widerstand R3 angeordnet.
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Zwischen dem ersten Knoten und dem weiteren Knoten ist ein Spannungsteiler angeordnet, der aus einer Reihenschaltung von drei Widerständen (R4, R5, R6) besteht. Die am zwischengeordnete Widerstand R5 abfallende Spannung wird an zwei Eingänge eines Komparators 3 geführt. Der erste der Eingänge ist dabei als nicht invertierender Eingang und der zweite der Eingänge ist dabei als invertierender Eingang ausgeführt. Vorzugsweise wird somit der Komparator 3 als LVDS-Komparator ausgeführt. Hierzu sind die Widerstände des mehrgeteilten Spannungsteilers (R3, R4, R5, R6) derart dimensioniert, dass zwischen den beiden Eingängen des Komparators 3 – bezogen auf elektrisch Erde und/oder Masse – stets positive Spannungen vorhanden sind. Der Ausgang RX des Komparators 3 ist HIGH, wenn am ersten Eingang des Komparators 3 eine höhere Spannung als am zweiten Eingang des Komparators 3 anliegt. Umgekehrt ist der Ausgang RX des Komparators 3 ist LOW, wenn am ersten Eingang des Komparators 3 eine niedrigere Spannung als am zweiten Eingang des Komparators 3 anliegt.
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Die Versorgungsspannung des Komparators 3 erfolgt gepuffert mittels eines Kondensators C3.
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Der Ausgang RX des Komparators 3 wird dem FPGA zugeführt, so dass also der empfangene Datenstrom vom FPGA verarbeitet werden kann.
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Die Sekundärwicklung des zweiten Transformators T2 wäre auch als Primärwicklung bezeichenbar, wenn die Primärwicklung des zweiten Transformators T2 als Sekundärwicklung bezeichnet werden würde.
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Statt der Transformatoren T1, T2 sind auch andere induktive Übertrager verwendbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Treiber
- 2
- Treiber
- 3
- Komparator, insbesondere LVDS-Komparator
- 4
- stromkompensierte Drossel
- 5
- stromkompensierte Drossel
- T1
- Transformator
- T2
- Transformator
- R1
- Widerstand
- R2
- Widerstand
- R3
- Widerstand
- R4
- Widerstand
- R5
- Widerstand
- R6
- Widerstand
- C1
- Kondensator
- C2
- Kondensator
- C3
- Kondensator
- U_S
- Sendesignalspannung
- U_R
- Empfangssignalspannung
- Tx
- erster Eingang für Sendesignal
- SEND
- zweiter Eingang
- Rx
- Ausgang für Empfangssignal
