DE102018110995A1 - Testvorrichtung zur Überwachung des Datentransfers in einem Halbduplex-Datenbus - Google Patents

Abstract

Die Testvorrichtung zur Überwachung des Datentransfers zwischen einem Master und einem Slave eines Halbduplex-Datenbus ist versehen mit einem Richtkoppler (RK), der ein Widerstandsnetzwerk (WN) aufweist. Das Widerstandsnetzwerk (WN) umfasst einen Auskopplungswiderstand (R_A), einen masterseitigen ersten Spannungsteiler (MST) und einen slaveseitigen zweiten Spannungsteiler (SST). Beide Spannungsteiler (MST, SST) weisen einen ersten und einen zweiten Widerstand (R_B, R_C) auf. Der Spannungsabfall (U_F) über dem Auskopplungswiderstand (R_A) und dem ersten Widerstand (R_B) des slaveseitigen zweiten Spannungsteilers signalisiert das Senden eines Signals vom Master (M) zum Slave (S) und der Spannungsabfall (U_R) über dem Auskopplungswiderstand (R_A) und dem ersten Widerstand (R_B) des masterseitigen ersten Spannungsteilers das Senden eines Signals vom Slave (S) zum Master (M).

Description

• Die Erfindung betrifft eine Testvorrichtung zur Überwachung des Datentransfers zwischen einem Master und einem Slave eines Halbduplex-Datenbus, in dem die Übertragung von Daten zwischen Master und Slave über eine einen Signalleiter und einen Abschirmleiter aufweisende Koaxialleitung sequentiell und bidirektional erfolgt. Insbesondere die Erfindung eine Vorrichtung nebst Auslegungsvorschrift, die zum Testen eines asymmetrischen seriellen Halb-duplex-Bus geeignet ist. Der zu testende serielle Bus ist beispielsweise in der Masterarbeit von Jan Carsten Stumpf „Entwicklung einer miniaturisierten multisensoriellen Elektronik mit Standardkomponenten zur Verwendung in mechatronischen Systemen“ ausführlich beschrieben und wird daher im Weiteren nur kurz abgehandelt.
• Der Bus, für welchen die erfindungsgemäße Testvorrichtung verwendet werden kann, ist ein serieller Bus, der im Halbduplex (also in beide Richtungen aber nicht gleichzeitig) Daten über ein Koaxialkabel überträgt. Zusätzlich ist es möglich, auch eine Versorgungsspannung für den angeschlossenen Busteilnehmer mit zu übertragen. Er wurde entwickelt, um Sensoren, die für mittlere Datenraten im Bereich um 1 Mbit/s ausgelegt sind (mit anderer Bauteileauslegung sind auch höhere Datenraten möglich), auf sehr kleiner Platinenfläche unterzubringen. Das wird dadurch ermöglicht, dass zur Busanschaltung nur wenige und kleine Komponenten benötigt werden, nur ein einzelner und ebenfalls sehr kleiner (ca. 2 × 2 mm) Stecker für Daten und Stromversorgung erforderlich ist und das Protokoll direkt und meist ohne zusätzliche Logik aus dem UART eines Mikrokontrollers gefahren werden kann. Trotzdem ist das System aufgrund der geschirmten Leitung und der intrinsisch sternförmigen Verlegung der Versorgung, was Masseschleifen vermeidet - welche ja sonst in nicht-differenziellen Bus-Systemen zu Störungen führen können - robust gegenüber elektromagnetischen Interferenzen. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau des Halbduplex-Datenbus.
• Die Busanschaltung ist am Master, also an der Einheit, welche die Bus-Arbitrierung übernimmt und die Versorgungsspannung einspeist, und am Slave nahezu identisch. Es sind jeweils drei Signalwege erkennbar.
• Die Versorgungsspannung (typisch 5 V, kann aber auch höher oder niedriger gewählt werden) wird über den Master durch ein Filter bestehend aus L_Filter und C_Filter auf die Koaxialleitung gegeben und am Slave durch ein ähnliches Filter, welches typischerweise die gleiche Induktivität aufweist (welche aber eine geringere Strombelastbarkeit haben kann, da der Master auf die maximale Stromaufnahme aller möglichen Slaves ausgelegt sein muss, der Slave aber nur auf seine eigene) wieder ausgekoppelt. Dieses Tiefpassfilter verhindert zum einen, dass Störungen auf der Versorgung des Masters auf die Datenleitung gelangen, zum anderen trennt es die Versorgung von den Daten. Da sich aufgrund von unterschiedlichen Leitungslängen unterschiedliche ohmsche Spannungsabfälle ergeben können, ist es sinnvoll, dem Tiefpassfilter noch einen Spannungsregler nachzuschalten, um eine konstante Ausgangsspannung zu erhalten.
• Das Einkoppeln der Daten funktioniert auf beiden Seiten durch einen Treiberbaustein (welcher auch im einfachsten Fall direkt der UART-Ausgangspin eines FPGAs oder Mikrokontrollers sein kann) und ein RC-Netzwerk. Dabei ist die RC-Konstante so gewählt, dass sich bei jedem Wechsel von 0 auf 1 oder von 1 auf 0 der zu sendenden Daten nur ein kurzer positiver oder negativer Puls von etwa 1 V Amplitude auf der Leitung ergibt, der in weniger als der Bitdauer auf unter 30 % abgeklungen ist.
• Das Auskoppeln erfolgt über einen hysteresebehafteten Komparator, dem an einem Eingang eine Referenzspannung zugeführt wird, welche innerhalb seines Gleichtakteingangsbereichs liegt, und der an seinem anderen Eingang das durch C_OUT (gegen die gleiche Referenzspannung) hochpassgefilterte Bussignal erhält. Dieser Komparator kann auch Teil der im Mikrokontroller enthaltenen analogen Peripherie sein. Die Referenzspannung kann im einfachsten Fall mittels eines resistiven Spannungsteilers aus der Versorgung gewonnen oder mittels eines im Mikrokontroller enthaltenen Digital-Analog-Umsetzers erzeugt werden, um Bauteile zu sparen. Durch die Hysterese des Komparators schaltet dieser nur dann um, wenn auf der Leitung ein positiver oder negativer Impuls übertragen wird, und hält ansonsten - auch wenn der Impuls abgeklungen ist - den letzten Zustand. Zur Vermeidung von Reflexionen ist die Koaxialleitung beidseitig abgeschlossen. R_{TERM_1} und R_{TERM_2} bilden in ihrer Parallelschaltung den Abschluss, welcher dem Wellenwiderstand der Leitung entsprechen muss. Optimal für die Dämpfung der Reflexion wäre es, jeweils R_{TERM_1} nur geringfügig größer als den Wellenwiderstand und R_{TERM_2} hochohmig auszuführen; das hat dann allerdings eine geringe Signalamplitude beim Senden zur Folge. Wählt man R_{TERM_2} kleiner, steigt zwar die Sendeamplitude, jedoch wird aufgrund des Hochpasses C_N/R_{TERM_2} der Abschluss für niederfrequentere Signalanteile schlechter. Hier ist bei der Auslegung ein Kompromiss zu wählen. In der Praxis wird üblicherweise für beide Widerstände der gleiche Wert entsprechend jeweils dem Doppelten des Wellenwiderstands der Leitung gewählt. 2 zeigt das Sendesignal V(tx), das Signal auf der Leitung V(bus), die Schaltschwellen des Komparators (4,7 und 5,3 V) und das durch den Komparator rekonstruierte Empfangssignal V(rx).
• Wenn für einen Sensor der Halbduplex-Datenbus verwendet werden soll, so ist es praktisch, wenn zur Implementierung des Protokollstacks und zur Vereinfachung der Fehlersuche eine Überwachung des Datenverkehrs am Bus ermöglicht ist. Prinzipiell kann dazu mittels Oszilloskop das Bussignal abgegriffen und dekodiert werden. Da der Bus ein Halbduplex-Datenbus ist, welcher für beide Übertragungsrichtungen das gleiche Medium verwendet, kann bei dieser Art der Messung nicht unterschieden werden, ob die gemessene Sequenz vom Master oder vom Slave gesendet wird.
• DE 694 34 468 T2 beschreibt ein Verfahren zur Prüfung, ob verbesserte Leistungen, nämlich Voll-Duplex-Verkehr, zwischen einer ersten und einer zweiten Station in einem Kommunikationsnetzwerk existieren und zwar insbesondere bei Ethernet-Verbindungen, die im Halb-Duplex-Modus auf Koaxial-Leitungen ausgeführt sind.
• Aufgabe der Erfindung ist es, für den zuvor beschriebenen Anwendungsfall eine Testvorrichtung anzugeben.
• Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung eine Testvorrichtung zur Überwachung des Datentransfers zwischen einem Master und einem Slave eines Halbduplex-Datenbus, in dem die Übertragung von Daten zwischen Master und Slave über eine einen Signalleiter und einen Abschirmleiter aufweisende Koaxialleitung sequentiell und bidirektional erfolgt, vorgeschlagen, wobei die Testvorrichtung versehen ist mit
• - einem Richtkoppler, der mittels jeweils einer Koaxialleitung mit dem Master M und dem Slave S verbindbar ist (also ein Richtkoppler zur Verschaltung in die Koaxialleitung des Halbduplex-Datenbus vorgesehen ist),
• - wobei der Richtkoppler mit einem Widerstandsnetzwerk versehen ist, das aufweist
  • - einen Auskopplungswiderstand R_A zur Integration in den Signalleiter der Koaxialleitung,
  • - einen masterseitigen ersten Spannungsteiler als Reihenschaltung eines ersten Widerstands R_B und eines zweiten Widerstands R_C , wobei der erste Spannungsteiler zwischen der Signalleitung und Masse angeordnet ist (d.h., dass der erste Spannungsteiler auf der dem Master zugewandten Seite des Auskopplungswiderstands zwischen der Signalleitung und Masse geschaltet ist),
  • - einen slaveseitigen zweiten Spannungsteiler als Reihenschaltung eines ersten Widerstands R_B und eines zweiten Widerstands R_C , wobei der zweite Spannungsteiler zwischen der Signalleitung und Masse angeordnet ist (d.h., dass der zweite Spannungsteiler auf der dem Slave zugewandten Seite des Auskopplungswiderstands zwischen der Signalleitung und Masse geschaltet ist),
  • - wobei der erste Widerstand R_B des masterseitigen ersten Spannungsteilers gleich dem ersten Widerstand R_B des slaveseitigen zweiten Spannungsteilers und der zweite Widerstand R_C des masterseitigen ersten Spannungsteilers gleich dem zweiten Widerstand R_C des slaveseitigen zweiten Spannungsteilers ist,
  • - wobei die ersten Widerstände R_B beider Spannungsteiler jeweils mit dem Auskopplungswiderstand R_A und die zweiten Widerstände R_C beider Spannungsteiler jeweils mit Masse verbunden sind und
  • - wobei die Widerstände R_A , R_B , R_C des Widerstandsnetzwerks des Richtkopplers RK ohmsche oder komplexe Widerstände sind, für die gilt: $${\text{R}}_{\text{A}}=\frac{\left(\text{D}+1\right)\cdot {\text{R}}_0}{\text{D}-1},$$
    
  • - mit D als maximal zulässiger Signaldämpfungsfaktor der Koaxialleitung, der sich bestimmt als $$\text{D}=\frac{{\text{U}}_{\text{IN}}}{{\text{U}}_{\text{OUT}}},$$
    
  • - mit U_IN als Eingangsspannung an dem einen Ende der Koaxialleitung und U_OUT als Mindestausgangsspannung an dem anderen Ende der Koaxialleitung und
  • - mit R₀ gleich dem gleichen Innenwiderstand von Master M und Slave S, $${\text{R}}_{\text{B}}=\sqrt{{\text{R}}_0^2+{\text{R}}_{\text{A}}^2}+{\text{R}}_0-{\text{R}}_{\text{A}}$$
    
    und $${\text{R}}_{\text{C}}=\frac{{\text{R}}_{\text{A}}^2-{\text{R}}_{\text{A}}\cdot {\text{R}}_{\text{0}}+{\text{R}}_0^2+\left({\text{R}}_0-{\text{R}}_{\text{A}}\right)\cdot \sqrt{{\text{R}}_0^2+{\text{R}}_{\text{A}}^2}}{{\text{R}}_{\text{A}}}$$
    
  • - wobei ein erster Spannungsabfall U_F , der über dem Auskopplungswiderstand R_A und dem ersten Widerstand R_B des masterseitigen ersten Spannungsteilers MST entsteht, das Senden eines Signals vom Slave S zum Master M signalisiert und ein zweiter Spannungsabfall U_R , der über dem Auskopplungswiderstand R_A und dem ersten Widerstand R_B des slaveseitigen zweiten Spannungsteilers SST entsteht, das Senden eines Signals vom Master M zum Slave S signalisiert.
• Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Richtkoppler für ein eine untere Eckfrequenz ungleich 0 Hz aufweisendes Übertragungsverhalten mit einer Induktivität L_A versehen ist, die parallel zum Auskopplungswiderstand R_A angeordnet ist.
• Gemäß einer Alternative dieser vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
• - dass der erste Spannungsteiler MST erste Spannungsabgriffe SA_1MST , SA_2MST , an denen der erste Spannungsabfall U_F anliegt, und der zweite Spannungsteiler SST zweite Spannungsabgriffe SA_1SST , SA_2SST , an denen der zweite Spannungsabfall U_R anliegt, aufweist,
• - wobei
  • - sämtliche Spannungsabgriffe SA_1MST , SA_2MST , SA_1SST , SA_2SST jeweils mit Auskoppel-Kondensatoren Cc verbunden sind, die gleiche elektrische Parameter, insbesondere gleiche Kapazitäten aufweisen,
  oder
  • - die ersten Spannungsabgriffe SA_1MST , SA_2MST einerseits und die zweiten Spannungsabgriffe SA_1SST , SA_2SST andererseits jeweils mit den beiden Anschlüssen der Primärseite eines Auskoppel-Transformators T verbunden sind, die gleiche elektrische und elektromagnetische Parameter aufweisen.
• Gemäß einer anderen Alternative der obigen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen dem zweiten Widerstand R_C des master- und des slaveseitigen Spannungsteilers MST, SST und Masse jeweils ein Auskoppelkondensator C_C geschaltet ist, wobei beide Auskoppelkondensatoren C_C gleiche elektrische Parameter, insbesondere gleiche Kapazitäten aufweisen.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im Einzelnen zeigen dabei:
• 1 schematisch den Aufbau des Halbduplex-Datenbussystems mit an den Halbduplex-Datenbus angeschlossenem Master und Slave,
• 2 Zeitverläufe verschiedener Signale im Bus bzw. im Master und Slave,
• 3 eine Prinzip-Darstellung des Aufbaus der Testvorrichtung,
• 4 eine detaillierte Darstellung der Testvorrichtung mit Richtkoppler und Widerstandsnetzwerk,
• 5 eine detaillierte Darstellung der Testvorrichtung mit Richtkoppler und DC-Bias und
• 6 und 7 zwei weitere Alternativen von Testvorrichtungen.
• Wie bereits oben beschrieben, dient die Testvorrichtung der Überwachung des Datenverkehrs in einem Halbduplex-Datenbus, der asymmetrisch und seriell ausgelegt ist. Da der Halbduplex-Datenbus für beide Übertragungsrichtungen das gleiche Medium, nämlich eine Koaxialleitung verwendet, kann bei der Messung zur Überwachung des Datenverkehrs nicht unterschieden werden, ob die gemessene Signal- bzw. Datensequenz vom Master oder vom Slave kommt. Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäß ein in den Bus einzuschleifender Aufbau mit Richtkoppler vorgeschlagen, der die vom Master S zum Slave S und die vom Slave S zum Master M laufenden Signale separieren kann. Der Richtkoppler ist dabei so dimensioniert, dass nur ein geringer Teil des übertragenen Signals ausgekoppelt wird, so dass für die eigentliche Übertragung noch eine ausreichende Amplitude zur Verfügung steht.
• Diese ausgekoppelten Signale werden dann jeweils wieder hysteresebehafteten Komparatoren zugeführt, welche (wie beim normaler Master oder Slave) das Signal auf eine zur Weiterverarbeitung geeignete Amplitude bringen. Die Weiterverarbeitung kann dann mittels Oszilloskop, Mikrokontroller oder PCgestütztem Analysewerkzeug, beispielsweise durch Umsetzung des RS232-Protokolls auf USB mittels virtuellem COM-Port geschehen. 3 zeigt ein Blockschaltbild der Anordnung.
• Richtkoppler mit Streifenleitungen sind aufgrund der großen Abmessungen, die sich aus den relativ niedrigen bei der Busübertragung verwendeten Frequenzen ergeben, ungeeignet. Besser geeignet sind Richtkoppler auf Basis zweier gekoppelter Transformatoren, die üblicherweise auf einen gemeinsamen Doppellochkern gewickelt realisiert sind.
• Zur weiteren Verringerung von Kosten und Baugröße wird erfindungsgemäß ein auf einem Widerstandsnetzwerk basierter Richtkoppler eingesetzt, der in einer ersten Variante der Erfindung keine untere Eckfrequenz besitzt. Der Aufbau ist in 4 dargestellt.
• S_F stellt die Quelle des vorwärts laufenden Signals (also z.B. den Master) dar, S_R ist die Quelle des rückwärts laufenden Signals (also z.B. den Slave). Beide Quellen besitzen einen Innenwiderstand R₀ , der den Bezugswiderstand für den Richtkoppler RK darstellt und der gleich dem Wellenwiderstand der Leitung ist. Der Richtkoppler RK weist ein Widerstandsnetzwerk WN auf, das einen Auskopplungswiderstand R_A mit beidseitig dieses Auskopplungswiderstands R_A angeordneten ersten und zweiten Spannungsteilern MST, SST aufweist. Jeder der beiden Spannungsteiler MST, SST umfasst eine Reihenschaltung aus einem ersten Widerstand R_B und einem zweiten Widerstand R_C . Die beiden ersten Widerstände R_B der beiden Spannungsteiler MST, SST sind gleich groß. Ebenso sind die zweiten Widerstände R_C der beiden Spannungsteiler MST, SST gleich groß.
• Mit der Dimensionierung von R_A wird die Dämpfung des durchlaufenden Signals und damit auch die Auskopplung festgelegt. Er bestimmt sich abhängig vom zulässigen Signaldämpfungsfaktor $$\text{D}=\frac{{\text{U}}_{\text{IN}}}{{\text{U}}_{\text{OUT}}}$$

  

  zu $${\text{R}}_{\text{A}}=\frac{\left(\text{D}+1\right)\cdot {\text{R}}_0}{\text{D}-1}$$

  
• R_B und R_C müssen so dimensioniert werden, dass sowohl die wellenwiderstandsrichtige Anpassung (entsprechend R₀ ) an beiden Toren des Kopplers sichergestellt ist, als auch die Koppelfunktion insofern erfolgt, als dass U_F proportional zur vorlaufenden und U_R proportional zur rücklaufenden Signalamplitude ist und Unabhängigkeit von der jeweils anderen Richtung vorliegt: $${\text{R}}_{\text{B}}=\sqrt{{\text{R}}_0^2+{\text{R}}_{\text{A}}^2}+{\text{R}}_0-{\text{R}}_{\text{A}}$$

  

  $${\text{R}}_{\text{C}}=\frac{{\text{R}}_{\text{A}}^2-{\text{R}}_{\text{A}}\cdot {\text{R}}_{\text{0}}+{\text{R}}_0^2+\left({\text{R}}_0-{\text{R}}_{\text{A}}\right)\cdot \sqrt{{\text{R}}_0^2+{\text{R}}_{\text{A}}^2}}{{\text{R}}_{\text{A}}}.$$

  
• Die ausgekoppelten Spannungen U_F und U_R betragen dann in Abhängigkeit von den Speisespannungen S_F und S_R : $$\frac{{\text{U}}_{\text{F}}}{{\text{S}}_{\text{F}}}=\frac{{\text{R}}_{\text{A}}\cdot \sqrt{{\text{R}}_0^2+{\text{R}}_{\text{A}}^2}-{\text{R}}_{\text{A}}^2}{{\text{R}}_0^2}$$

  

  $$\frac{{\text{U}}_{\text{R}}}{{\text{S}}_{\text{R}}}=\frac{{\text{R}}_{\text{A}}\cdot \sqrt{{\text{R}}_0^2+{\text{R}}_{\text{A}}^2}-{\text{R}}_{\text{A}}^2}{{\text{R}}_0^2}$$

  
• U_F ist damit unabhängig von S_R und U_R ist unabhängig von S_F . Die abgegriffenen Spannungen U_F und U_R können nun jeweils einem (hochohmigen) Differenzverstärker DF, einem Instrumentenverstärker, einem (hochohmigen) HF-Transformator oder einem (gegebenenfalls hysteresebehafteten) Komparator zugeführt werden, um das Signal zu verstärken, damit es in einer Auswerteeinheit AE ausgewertet werden kann. Alternativ können die abgegriffenen Spannungen U_F und U_R auch anderen Messsystemen wie z.B. Komparatoren, Operationsverstärkern, logarithmischen Verstärkern, Oszilloskopen, True-RMS-Konvertern o dgl. zugeführt werden, und zwar insbesondere DC-entkoppelt.
• Für eine schmalbandige Ausführung des Richtkopplers können die Widerstände R_A , R_B , R_C als komplexe Widerstände, d.h. durch Induktivitäten und Kapazitäten ersetzt/ergänzt werden.
• Für die vorliegende Anwendung kann das Fehlen einer unteren Eckfrequenz jedoch dann ein Nachteil sein, wenn der Sensor, also der Slave S, über die Koaxialleitung ebenfalls mit Gleichstrom versorgt wird; denn der Richtkoppler RK würde auch von diesem Leistungsfluss einen Teil auskoppeln, was die Auswertung erschweren würde. Daher wird der Richtkoppler RK hierfür noch um frequenzabhängige Bauteile erweitert. R_A wird dazu mit einer Induktivität L_A überbrückt und jedes R_C erhält einen Serienkondensator (siehe 5). In diesem Fall muss der auswertende Verstärker einen Eingangsbereich aufweisen, welcher mindestens der Spannung der übertragenen Versorgung entspricht.
• Andere Varianten der Auskopplung, wie beispielsweise ein Kondensator im Abgriff der Spannungen oder eine transformatorische Auskopplung der zu untersuchenden Spannungen, Signale des Richtkopplers sind ebenfalls denkbar, wie in den 6 und 7 gezeigt. Sofern diese Schaltungen mit den Bauteilen der Schaltungen nach den 4 und 5 funktionsgleiche Bauteile aufweisen, sind sie in den 6 und 7 mit den gleichen Bezugszeichen wie in den 4 und 5 versehen.
• Die Schaltung gemäß 6 ist im Vergleich zur Schaltung nach 4 dahingehend ergänzt, dass jeder Eingang der beiden z.B. als Differenzverstärker DF ausgeführten Messverstärker mit einem Auskoppelkondensator C_C beschaltet ist. Somit sind die jeweiligen Spannungsabgriffe SA_1MST , SA_2MST des ersten Spannungsteilers MST und SA_1SST sowie SA_2SST des zweiten Spannungsteilers SST jeweils kapazitiv entkoppelt von den Differenzverstärkern DF und der sich daran anschließenden Signalauswertung AE.
• In dem Ausführungsbeispiel der Schaltung nach 7 sind die Auskoppelkondensatoren C_C ersetzt durch Transformatoren T. Diese Transformatoren T sind primärseitig mit den Spannungsabgriffen SA_1MST , SA_2MSTdes ersten Spannungsteilers MST und SA_1SST sowie SA_2SST des zweiten Spannungsteilers SST verbunden, während die Sekundärseiten der Transformatoren T mit den Differenzverstärkern DF verbunden sind.
• Bezugszeichenliste

M

Master

S

Slave

RK

Richtkoppler

WN

Widerstandsnetzwerk

MST

erster Spannungsteiler

SST

zweiter Spannungsteiler

R₀

Innenwiderstand

R_A

Auskopplungswiderstand

R_B

erster Widerstand

Rc

zweiter Widerstand

L_A

Induktivität

C_C

Auskoppelkondensator

U_F

Spannungsabfall

U_R

Spannungsabfall

DF

Differenzverstärker

SA_1MST, SA_2MST

erste Spannungsabgriffe

SA_1SST, SA_2SST

zweite Spannungsabgriffe

T

Transformator

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• DE 69434468 T2 [0008]

Claims (3)

1. Testvorrichtung zur Überwachung des Datentransfers zwischen einem Master und einem Slave eines Halbduplex-Datenbus, in dem die Übertragung von Daten zwischen Master und Slave über eine einen Signalleiter und einen Abschirmleiter aufweisende Koaxialleitung sequentiell und bidirektional erfolgt, mit - einem Richtkoppler (RK), der mittels jeweils einer Koaxialleitung mit dem Master (M) und dem Slave(S) verbindbar ist, - wobei der Richtkoppler (RK) mit einem Widerstandsnetzwerk (WN) versehen ist, das aufweist - einen Auskopplungswiderstand (R_A) zur Integration in den Signalleiter der Koaxialleitung, - einen masterseitigen ersten Spannungsteiler (MST) als Reihenschaltung eines ersten Widerstands (R_B) und eines zweiten Widerstands (Rc), wobei der erste Spannungsteiler (MST) zwischen der Signalleitung Masse angeordnet ist, - einen slaveseitigen zweiten Spannungsteiler (SST) als Reihenschaltung eines ersten Widerstands (R_B) und eines zweiten Widerstands (Rc), wobei der zweite Spannungsteiler (SST) zwischen der Signalleitung und Masse angeordnet ist, - wobei der erste Widerstand (R_B) des masterseitigen ersten Spannungsteilers (MST) gleich dem ersten Widerstand (R_B) des slaveseitigen zweiten Spannungsteilers (SST) und der zweite Widerstand (R_C) des masterseitigen ersten Spannungsteilers (MST) gleich dem zweiten Widerstand (R_C) des slaveseitigen zweiten Spannungsteilers ist (SST), - wobei die ersten Widerstände (R_B) beider Spannungsteiler (MST, SST) jeweils mit dem Auskopplungswiderstand (R_A) und die zweiten Widerstände (Rc) beider Spannungsteiler (MST, SST) jeweils mit Masse verbunden sind und - wobei die Widerstände (R_A, R_B, R_C) des Widerstandsnetzwerks (WN) des Richtkopplers (RK) ohmsche oder komplexe Widerstände sind, für die gilt: $${\text{R}}_{\text{A}}=\frac{\left(\text{D}+1\right)\cdot {\text{R}}_0}{\text{D}-1},$$

   

   - mit D als maximal zulässiger Signaldämpfungsfaktor der Koaxialleitung, der sich bestimmt als $$\text{D}=\frac{{\text{U}}_{\text{IN}}}{{\text{U}}_{\text{OUT}}},$$

   

   - mit U_IN als Eingangsspannung an dem einen Ende der Koaxialleitung und U_OUT als Mindestausgangsspannung an dem anderen Ende der Koaxialleitung und - mit R₀ gleich dem gleichen Innenwiderstand von Master (M) und Slave (S), $${\text{R}}_{\text{B}}=\sqrt{{\text{R}}_0^2+{\text{R}}_{\text{A}}^2}+{\text{R}}_0-{\text{R}}_{\text{A}}$$

   

   und $${\text{R}}_{\text{C}}=\frac{{\text{R}}_{\text{A}}^2-{\text{R}}_{\text{A}}\cdot {\text{R}}_{\text{0}}+{\text{R}}_0^2+\left({\text{R}}_0-{\text{R}}_{\text{A}}\right)\cdot \sqrt{{\text{R}}_0^2+{\text{R}}_{\text{A}}^2}}{{\text{R}}_{\text{A}}},$$

   

   - wobei ein erster Spannungsabfall (U_F) über dem Auskopplungswiderstand (R_A) und dem ersten Widerstand (R_B) des masterseitigen ersten Spannungsteilers (MST) das Senden eines Signals vom Slave (S) zum Master (M) und ein zweiter Spannungsabfall (U_R) über dem Auskopplungswiderstand (R_A) und dem ersten Widerstand (R_B) des slaveseitigen zweiten Spannungsteilers (SST) das Senden eines Signals vom Master (M) zum Slave (S) signalisiert.
2. Testvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, - dass der Richtkoppler (RK) für ein eine untere Eckfrequenz ungleich 0 Hz aufweisendes Übertragungsverhalten versehen ist mit einer Induktivität (L_A), die parallel zum Auskopplungswiderstand (R_A) angeordnet ist, und - dass der erste Spannungsteiler (MST) erste Spannungsabgriffe (SA_1MST,, SA_2MST), an denen der erste Spannungsabfall (U_F) anliegt, und der zweite Spannungsteiler (SST) zweite Spannungsabgriffe (SA_1SST, SA_2SST), an denen der zweite Spannungsabfall (U_R) anliegt, aufweist, - wobei - sämtliche Spannungsabgriffe (SA_1MST, SA_2MST, SA_1SST, SA_2SST) jeweils mit Auskoppel-Kondensatoren (Cc) verbunden sind, die gleiche elektrische Parameter, insbesondere gleiche Kapazitäten aufweisen, oder - die ersten Spannungsabgriffe (SA_1MST, SA_2MST) einerseits und die zweiten Spannungsabgriffe (SA_2SST, SA_2SST) andererseits jeweils mit den beiden Anschlüssen der Primärseite eines Auskoppel-Transformators (T) verbunden sind, die gleiche elektrische und elektromagnetische Parameter aufweisen.
3. Testvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Richtkoppler (RK) für ein eine untere Eckfrequenz ungleich 0 Hz aufweisendes Übertragungsverhalten versehen ist mit einer Induktivität (L_A), die parallel zum Auskopplungswiderstand (R_A) angeordnet ist, und dass zwischen dem zweiten Widerstand (R_C) des master- und des slaveseitigen Spannungsteilers (MST, SST) und Masse jeweils ein Auskoppelkondensator (Cc) geschaltet ist, wobei beide Auskoppelkondensatoren (Cc) gleiche elektrische Parameter, insbesondere gleiche Kapazitäten aufweisen.

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