DE10205705C1 - Integrierbare Schaltungsanordnung zur potenzialfreien Signalübertragung - Google Patents

Abstract

Integrierbare Schaltungsanordnung zur potenzialfreien Signalübertragung mit einem eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung aufweisenden Transformator (Trf, Tr1, Tr2), einer Primärwicklung vorgeschalteten Ansteuerschaltung (AST), einer mit der Sekundärwicklung verschalteten, durch Impulse angesteuerten Auswahlschaltung (K1, K2, TG1, TG2), einer der Auswahlschaltung (K1, K2, TG1, TG2) nachfolgenden Verriegelungsschaltung (VRS), die eine Weiterleitung unter bestimmten Bedingungen unterbindet, und einem Speicherelement (FF), das ein Ausgangssignal führt.

Description

Die Erfindung betrifft integrierbare Schaltungsanordnung zur potenzialfreien Signalübertragung.

Beispielsweise in der industriellen Leistungselektronik und Anlagentechnik müssen oft die Steuerkreise und die Leistungs­ kreise voneinander galvanisch getrennt werden. Arbeitsbedingt unterliegen die Steuerkreise sehr starken Störungen, die nicht selten zur Fehlfunktion oder zum Ausfall der elektri­ schen Anlage führen. Die Störungen entstehen aufgrund sich schnell ändernder Spannungen und Ströme im Leistungskreis. Auf diese Weise entstehen sehr starke und sich schnell än­ dernde elektrische (dU/dt) und magnetische (dΦ/dt) Felder, die die Steuerkreise durchdringen und sie beeinflussen. Zur galvanischen Trennung werden dabei meistens Optokoppler oder Puls-Transformatoren eingesetzt. Bei sehr hochfrequenten Än­ derungen elektrischer Felder werden Verschiebungsströme durch parasitäre Kopplungskapazitäten eingeprägt. Diese Ströme kön­ nen zu Fehlfunktionen von Optokopplern oder Puls-Transfor­ matoren führen. Darüber hinaus können starke Magnetfelder speziell in den Transformatorwicklungen zusätzlich ungewollte Störspannungen induzieren, die ebenso Fehler verursachen. Op­ tokoppler haben darüber hinaus den Nachteil eines hohen Stromverbrauchs. Des weiteren sind sowohl Optokoppler und als auch vor allem Puls-Transformatoren aufgrund ihrer beträcht­ lichen äußeren Abmessungen in vielen Fällen ungeeignet oder zumindest unerwünscht.

Aus der US 6262600, der US 5952849 und der US 4027152 sind Übertrageranordnungen bekannt, die zumindest teilweise in ei­ nem Halbleiterkörper integrierbar sind. Jedoch erfordern die­ se einen hohen schaltungstechnischen Aufwand.

Der Arbeitsbereich eines Transformators ist nämlich aufgrund parasitärer Effekte bei hohen und tieferen Frequenzen einge­ schränkt. Jeder Transformator verhält sich demnach wie ein Bandpassfilter. Der Arbeitsfrequenzbereich hängt dabei sehr stark von der Konstruktion und von der Größe des Transforma­ tors ab. Die bekannten planaren Transformatoren, die auf der Oberfläche eines Halbleiterchips aufgebracht sind, haben spi­ ralförmige Wicklungen und diese Wicklungen haben ihrereseits einen relativ hohen Leiterbahnwiderstand. Deshalb ist das Verhältnis der Selbstinduktivität L der Wicklung zu deren Wi­ derstand R ungünstig. Das Verhältnis beider ergibt die Zeit­ konstante der Wicklung Tp = L/R. Diese Zeitkonstante schränkt die Arbeitsfrequenz des Transformators insbesondere bei tie­ feren Frequenzen ein. Beispielsweise für planare Transforma­ toren mit Außendurchmessern von bis zu 500 µm, hergestellt in einer Standard Technologie, liegt die Zeitkonstante im Be­ reich von 1. . .5 ns, das heißt, dass die minimale Arbeitsfre­ quenz (-3 dB) bei 35 MHz bis 165 MHz liegt.

Um Informationen durch einen derartigen Transformator zu ü­ bertragen, muss die Signaldauer in der Größenordnung der Zeitkonstante sein. Dies erfordert aber aufwendige Hochfre­ quenzschaltungen, um die kurzen Impulse erzeugen zu können, denn bei längeren Impulsen geht die Wicklung in die Sätti­ gung, so dass eine Informations- oder Energie-Übertragung nicht mehr möglich ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Übertrageranordnung anzugeben, die diese Nachteile nicht aufweist.

Die Aufgabe wird durch eine Übertageranordnung gemäß Patent­ anspruch 1 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Übertrageranordnung hat den Vorteil, dass neben den geringen Abmessungen nur ein geringer Aufwand erforderlich ist, nur ein geringer Leistungsverbrauch gegeben ist und die Störanfälligkeit gering ist.

Erzielt wird dies durch eine Schaltungsanordnung mit einem Transformator mit zwei magnetisch miteinander gekoppelten Wicklungen, von denen eine als Primärwicklung und die andere als Sekundärwicklung vorgesehen ist. Der Primärwicklung ist dabei eine Ansteuerschaltung vorgeschaltet, die die Flanken eines logischen Eingangssignals in dem Eingangssig­ nal entsprechende primärseitige Impulse umwandelt, wobei durch jeden primären Impuls in der Primärwicklung den Flanken des Eingangssignals zuordenbare sekundäre Impulse in der Se­ kundärwicklung erzeugt werden. Mit der Sekundärwicklung ist eine durch die sekundären Impulse angesteuerte Auswahlschal­ tung verschaltet, die die sekundären Impulse nach jeweiliger Zuordnung zur Flanke des Eingangssignals trennt. Schließlich ist eine der Auswahlschaltung nachfolgende Verriegelungs­ schaltung vorgesehen, die getrennte sekundäre Impulse mitein­ ander vergleicht und bei gleichzeitigem Auftreten getrennter sekundärer Impulse und/oder bei in kurzzeitiger Folge auftre­ tenden sekundären Impulsen eine Weiterleitung der sekundären Impulse zu einem Speicherelement unterbindet, das durch se­ kundäre Impulse der einen Polarität gesetzt und durch sekun­ däre Impulse der anderen Polarität rückgesetzt wird und ein Ausgangssignal führt.

Die Dauer der Impulse kann derart bemessen sein, dass der Transformator in Sättigung betrieben wird.

Beim linearen Betrieb des Transformators wie beim Stand der Technik wird es vermieden, den Sättigungszustand zu errei­ chen, weil dann keine Spannung in der sekundären Wicklung in­ duziert wird. Bei der üblichen Signalübertragung ohne Sätti­ gung des Transformators ist die Impulsbreite der Ausgangspan­ nung der Impulsbreite der Eingangsspannung gleich. Auch die Spannungsform am Eingang und am Ausgang ist annährend gleich. Die beiden Signale sind zeitlich koinzident. Die hier proble­ matische Eigenschaft der sehr kurzen Zeitkonstante T_P = L/R der Primärwicklung wird bei der Weiterbildung der Erfindung dazu genutzt, dass mit jedem Spannungsimpuls an der primären Wick­ lung, zwei sehr kurze Impulse der entgegengesetzten Polarität und sehr kurz nacheinander folgend in der sekundären Wicklung induziert werden. Die Polarität der Ausgangsimpulse ist der Polarität der Flanken der Eingangsspannung eindeutig zugeord­ net, so dass nur eine einfache Ansteuerschaltung und eine einfache Auswerteschaltung notwendig sind.

Die obige Weiterbildung der Erfindung beruht also auf der Be­ rücksichtigung der Eigenschaften des planaren Transformators in einer Schaltung, die nicht den linearen Arbeitsbereich des Transformators nutzt. Dies wird insbesondere dadurch er­ reicht, dass die maximale Arbeitsfrequenz der elektronischen Schaltung, die den Transformator ansteuert, unter dem Ar­ beitsfrequenzbereich des Transformators liegt. Die Ansteuer- und Auswertemethode erlaubt eine treue Widerherstellung der Information trotzt der unterschiedlichen Arbeitsfrequenzen. Es ist folglich nicht notwendig eine teuere Hochfrequenztech­ nologie für die Schaltung einzusetzen, um den integrierten planaren Transformator für die galvanische Trennung der Sig­ nale zu nutzen.

Nach jedem erzeugten primären Impuls kann in Weiterbildung der Erfindung ein primärer Auffrischimpuls erzeugt werden, der im Falle des Nichtansprechens der Schaltungsanordnung nach dem ersten Impuls dann zu einem sicheren Ansprechen im zweiten Versuch führt.

Die Auswahlschaltung kann zwei Komparatoren aufweisen, die einerseits jeweils mit einem Referenzpotential beaufschlagt sind, und die andererseits zueinander invers mit den sekundä­ ren Impulsen angesteuert werden.

Bei den vorgenannten Schaltungsanordnungen können auch zwei Transformatoren vorgesehen werden, von denen zwei als primäre Wicklungen und zwei als sekundäre Wicklungen vorgesehen sind, wobei jede der primären Wicklungen mit je einer der sekundä­ ren Wicklungen magnetisch gekoppelt ist.

Dabei kann die Ansteuerschaltung zur Ansteuerung beider pri­ märer Wicklungen ausgelegt sein, wobei die Ansteuerschaltung beide primären Wicklungen invers zueinander ansteuert oder bei Auftreten eines Zustandswechsels des Eingangssignals je nach Richtung des Zustandswechsels die eine oder die andere primäre Wicklung ansteuert.

Darüber hinaus kann die Auswahlschaltung vier Komparatoren aufweisen, die einerseits jeweils mit einem Referenzpotential beaufschlagt sind, und die andererseits paarweise zueinander invers mit den sekundären Impulsen angesteuert werden, wobei die Ausgänge der Komparatoren eines Paares über jeweils ein UND-Gatter (oder entsprechende Verknüpfungen) mit den Ausgän­ gen des anderen Paares verknüpft sind.

Die Verriegelungsschaltung kann zwei steuerbare Schalter aufweisen, die jeweils den Signalformern nachgeschaltet sind und die durch eine Koinzidenzschaltung gesteuert werden.

Dabei kann die Koinzidenzschaltung die Koinzidenz von in den sekundären Wicklungen auftretenden Signalen bestimmen, bei Vorliegen koinzidenter Signale auf beiden sekundären Wicklun­ gen eine fehlerhafte Übertragung erkennen und dementsprechend die Weiterleitung der sekundären Impulse unterbinden. Alter­ nativ kann sie die Koinzidenz von nach den sekundären Wick­ lungen getrennten sekundären Signalen bestimmen und bei Vor­ liegen koinzidenter Signale entsprechend eine fehlerhafte Ü­ bertragung erkennen.

Die Koinzidenzschaltung umfasst bevorzugt ein UND-Gatter oder zwei über Kreuz mit den Schaltern gekoppelte Zeitglieder zur Bestimmung der Koinzidenz.

In Ausgestaltung der Erfindung kann die (jeweilige) primäre und sekundäre Wicklung in Richtung der Wicklungsachsen in verschiedenen Ebenen ausgebildet sein. Des Weiteren werden die Wicklungen vorzugsweise spiralförmig ausgebildet.

Schließlich ist die Schaltungsanordnung teilweise oder bevor­ zugt vollständig in einen Halbleiterkörper integriert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 das Ersatzschaltbild eines üblichen Transformators,

Fig. 2 die Simulation von Primär- und Sekundärspannung bei einem planaren Transformator,

Fig. 3 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schal­ tungsanordnung mit einem Transformator,

Fig. 4 den Verlauf verschiedener Signale bei der Schal­ tungsanordnung nach Fig. 3,

Fig. 5 den bevorzugten Aufbau einer Transformatoranordnung bei einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,

Fig. 6 den Verlauf von Störfeldern bei Einwirkung auf die sekundären Wicklungen einer Transformatoranordnung nach Fig. 5,

Fig. 7 die Polarität der Spannungen an den sekundären Wicklungen einer erfindungsgemäßen Übertrager­ anordnung bei Auftreten der in Fig. 6 gezeigten Störfelder,

Fig. 8 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit zwei Transformatoren,

Fig. 9 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit zwei Transformatoren und

Fig. 10 eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit zwei Transformatoren.

Um die erfindungsgemäße Signalübertragung zu erklären, sind in Fig. 1 ein einfaches Ersatzschaltbild eines Transforma­ tors Trf und seine Spannungsverläufe dargestellt. Eine Pri­ märspannung Up wird in eine Reihenschaltung aus einem primä­ ren Bahnwiderstand Rp, einer primären Leitungsinduktivität Lpl und der Induktivität der Primärwicklung Lpp einen Strom Ip ergebend eingespeist. Auf der Sekundärseite wird daraus in der Induktivität Lss eine Spannung erzeugt, die über einen sekundären Bahnwiderstand Rp und einer sekundären Leitungsin­ duktivität Lpp als sekundäre Spannung Us und als sekundärer Strom Is abnehmbar ist.

In Fig. 2 ist dazu der Verlauf von primärer und sekundärer Spannung Up und Us eines planaren Transformators Trf im Sät­ tigungsbetrieb über der Zeit t gezeigt. Bei exponentionellem Anstieg bzw. Abfall der primären Spannung Up sind bei der se­ kundären Spannung Us ein anfängliches starkes Ansteigen mit nachfolgendem Abfall zu sehen, d. h., dass die sekundäre Spannung Us nicht mit der Form der primären Spannung Up über­ einstimmt. Eine solche Übereinstimmung wird nur im linearen Bereich erreicht. Die sekundäre Spannung Us wird nur annä­ hernd während der Zeitdauer 3.Tp induziert, danach fällt sie zu Null ab. Die Polarität der sekundären Impulse entspricht der Polarität der Flanken der primären Impulse.

Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel wird einer Ansteuerschaltung AST eine Eingangsspannung Uin zugeführt. Die Ansteuerschaltung AST enthält beispielsweise ein Mono­ flop, das auf die positive Flanke der Eingangsspannung Uin einen positiven Impuls, also einen Impuls der Spannung Up mit der Dauer T erzeugt. Die negative Flanke der Eingangsspannung Uin bewirkt wiederum einen negativen Impuls, also einen Im­ puls der Spannung -Up. Die Flankensteilheit und die Dauer dieser Impulse werden von der maximalen Schaltgeschwindigkeit der Ansteuerschaltung AST bestimmt.

Der planare Transformator Trf wandelt die aus der Eingangs­ spannung Uin hervorgehende primäre Spannung Up, wie in Fig. 4 dargestellt, in mindestens zwei kurze, nacheinander folgen­ de Impulse um, die in zwei Komparatoren K1 und K2 mit Refe­ renzpotentialen +Uref und -Uref (gemäß Fig. 3) verglichen werden. Die Komparatoren K1 und K2 erzeugen kurze Impulse, die an eine Verriegelungsschaltung VRS weitergegeben werden. Die Verriegelungsschaltung VRS umfasst beispielsweise zwei NAND-Gatter G2, G3 als steuerbare Schalter, die eingangssei­ tig jeweils zum einen mit dem Ausgang eines der beiden Kompa­ ratoren K1 und K2 und zum anderen über ein Zeitglied ZG1 bzw. ZG2 zur Erzeugung einer Verzögerungszeit τ mit dem Ausgang des jeweils anderen NAND-Gatters G3, G2 verschaltet sind. Den NAND-Gattern G2, G3 folgt schließlich ein Speicherelement FF in Form eines RS-Flip-Flops, bei dem der Setzeingang S mit dem Ausgang des Gatters G2 und der Rücksetzeingang R mit dem Ausgang des Gatters G3 verbunden ist. Am Ausgang Q des Spei­ cherelements FF ist die Ausgangsspannung Uout abgreifbar.

Der erste ankommende Impuls (mit positiver Polarität entspre­ chend der positiven Flanke oder negativer Polarität für die negative Flanke) verriegelt diese Einrichtung für die Verzö­ gerungszeit τ, sodass der zweite nachkommende Impuls nicht weiter an die Eingänge des Speicherelements FF geleitet wird. Das Speicherelement FF kann dadurch nur von dem ersten Impuls getriggert werden. Auf diese Weise wird der Verlauf des Ein­ gangssignals Uin beim Ausgangssignal Uout wiederhergestellt.

Um die Verriegelung zu gewährleisten, muss die Verzögerungs­ zeit τ länger sein als die Dauer T der primären Impulse der Spannung Up. Um die Sicherheit der Übertragung zu erhöhen, werden beim Ausführungsbeispiel Auffrischimpulse erzeugt, die in gewissen Zeitabständen Tr in den ersten Impulsen erzeugt werden. Es werden sowohl positive als auch negative Auf­ frischimpulse generiert, deren Polarität von dem Zustand der Eingangsspannung Uin abhängt.

Bei dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel sind vier identische, spiralförmige planare Spulen L1, L2, L3, L4 in einem Kareé an der Oberfläche eines Halbleiterkörpers SC an­ geordnet. Die Spulen sind als Leiterbandstrukturen in einem Halbleiterkörper SC realisiert, wobei die äußeren Anschlüsse 2, 4 der primären Wicklungen L1 und L3 miteinander verschal­ tet sind. Die inneren Anschlüsse 1, 3 der primären Wicklungen L1 und L3 sind beispielsweise als Bondpads ausgeführt und können dementsprechend zur Befestigung von Bonddrähten die­ nen. Die beiden identischen primären Wicklungen L1 und L3 sind dabei bezüglich einer Achse Y nebeneinander, also in ei­ ner Ebene angeordnet. In gleicher Weise sind zwei identische Wicklungen L2 und L4, die die sekundären Wicklungen bilden, in Richtung ihrer Spulenachse bezüglich der Achse Y nebenein­ ander, also in einer Ebene angeordnet. Die beiden Ebenen sind dabei wiederum untereinander angeordnet. Der größeren Über­ sichtlichkeit halber sind diese in der Zeichnung um eine rechtwinklig zur Achse Y und zwischen den primären und sekun­ dären Wicklungen verlaufenden Achse X gegeneinander verscho­ ben (oder nach oben geklappt) dargestellt. Dabei sind die äu­ ßeren Anschlüsse 2', 4' der sekundären Wicklungen L2 und L4 (= Übertrager Tr2) in gleicher Weise wie bei den Wicklungen L1 und L3 (= Übertrager Tr1) miteinander verschaltet. Die in­ neren Anschlüsse 1' und 3' sind als Ausgänge der Transforma­ toren vorgesehen.

Fig. 6 zeigt die Einwirkung eines Störfeldes SF auf die se­ kundären Wicklungen L2 und L4 und die sich daraus ergebenden Spannungen an den Wicklungsenden 1', 2' bzw. 3', 4'. Wie zu ersehen ist, bewirkt das Störfeld SF (dΦ/dt oder dU/dt) zwei gleichgepolte Spannungen U1, U2 an den Wicklungsenden 1', 2' bzw. 3', 4'. Diese Wirkung ist im einzelnen nochmals in Fig. 7 schematisch dargestellt.

In Fig. 8 ist eine Schaltungsanordnung dargestellt, die die­ sen Umstand ausnützt. Zur Übertragung eines logischen Ein­ gangssignals E als Impuls von bestimmter Spannung und be­ stimmter Länge wird zunächst ein die ansteigende Flanke des Eingangssignals E charakterisierender kurzer Impuls P1 auf einer ersten Leitung A1 erzeugt und entsprechend für die fal­ lende Flanke auf einer Leitung A2 ein Impuls P2. Der Abstand zwischen den beiden Impulsen P1 und P2 entspricht der Impuls­ dauer ton des Eingangssignals E.

Der Impuls P1 dient zur Ansteuerung eines Transistors T1 und der Impuls P2 zur Ansteuerung eines Transistors T2. Die ge­ steuerte Strecke des Transistors T1 ist in Reihe zur Wicklung L1 geschaltet derart, dass der Source-Anschluss des Transis­ tors T1 mit einem Bezugspotential M1 verschaltet ist, der Drain-Anschluss des Transistors T1 mit dem Wicklungsende 1 der Wicklung L1 verbunden ist und das Wicklungsende 2 der Wicklung L1 an einem Bezugspotential angeschlossen ist. In entsprechender Weise ist der Source-Anschluss des Transistors T2 an einem Bezugspotential gelegt, der Drain-Anschluss des Transistors T2 mit dem Wicklungsende 3 der Wicklung L3 ver­ bunden und das Wicklungsende 4 der Wicklung L3 an das Versorgungspotential Vcc angeschlossen.

Bei der mit der Wicklung L1 magnetisch gekoppelten Wicklung L2 ist das Wicklungsende 2' mit dem nicht invertierenden Ein­ gang des als Signalformer ausgebildeten Komparators K1 gekop­ pelt. Der invertierende Eingang des Komparators K1 ist an ein Referenzpotential Uref angeschlossen. In gleicher Weise ist das Wicklungsende 4' der mit der Wicklung L3 magnetisch ge­ koppelten Wicklung L4 an den nicht invertierenden Eingang ei­ nes ebenfalls als Signalformer dienenden Komparators K2 ange­ schlossen, dessen invertierender Eingang ebenfalls an das Re­ ferenzpotential Uref angeschlossen ist. Die miteinander ge­ koppelten Wicklungsenden 1' und 3' der Wicklungen L2 und L4 sind an ein weiteres Bezugspotential M2 angeschlossen.

Die Ausgänge der Komparatoren K1 und K2 sind zum einen je­ weils auf einen der beiden Eingänge eines NAND-Gatters G1 und zum anderen jeweils über ein Laufzeitglied D1, D2 auf ein AND-Gatter G2' bzw. G3' geführt, wobei der jeweils andere Eingang der Gatter G2' und G3' mit dem Ausgang des Gatters G1 verbunden ist. Schließlich ist noch ein RS-Flip-Flop FF vor­ gesehen, an dessen Ausgang das Ausgangssignal A abgreifbar ist und dessen Setzeingang S mit dem Gatter G2' und dessen Rücksetzeingang R mit dem Ausgang des Gatters G3' verschaltet ist. Das Ausgangssignal A ist dann wieder ein Impuls der Län­ ge ton.

Nutzsignale, die die Transistoren T1 und T2 für nur sehr kur­ ze Zeit einschalten, werden entsprechend der positiven oder der negativen Flanke des Nutzsignals aufbereitet. Der Übertrager Tr1 mit den Wicklungen L1 und L2 überträgt die In­ formationen, wenn die Ausgangsspannung ansteigt. Der Übertra­ ger Tr2 mit den Wicklungen L3 und L4 überträgt hingegen die Informationen, wenn die Ausgangsspannung abfällt. Die ent­ sprechenden Signale werden dann an das RS-Flip-Flop FF wei­ tergeleitet, wobei Störungen, die sich auf beiden Übertragern bemerkbar machen, durch die Verriegelung mit den Gattern G1, G2' und G3' blockiert werden.

Die Erfindung sieht also kleine planare Transformatoren vor, die beispielsweise auf der Oberfläche eines integrierten Schaltkreises für Steuer- und/oder Schaltzwecke integriert sind. Die Wicklungen der Übertrager sind spiralförmig ange­ ordnet. Für einen Übertragungskanal werden zwei Übertrager benutzt, während zumindest sekundäre Wicklungen in dem selben Wicklungssinn angeordnet sind. Magnetische Störfelder indu­ zieren in diese Wicklungen Störspannungen, die in Phase zu­ einander sind.

Eine unaufwendige elektronische Verriegelung erkennt die Ko­ inzidenz der Signale und erkennt somit den Zustand als eine Störung. Die beiden Übertrager sind weitgehend identisch und symmetrisch ausgebildet, so dass die Störungen, die durch hohe elektrische Störfelder (dU/dt) entstanden sind auch gleiche Phasen haben analog zu den magnetischen Störungen. Die Ver­ riegelung erkennt auch diese Fehlfunktion. Die Realisierung einer zugehörigen Schaltungsanordnung ist sehr einfach und effizient und bedarf nur weniger Funktionen. Auch die Ansteu­ erung der Übertrager und die Auswertung der Übertragungssig­ nale erfolgt unipolar, d. h. es können einfachste Schaltkreise verwendet werden.

Die Erfindung unterscheidet sich jedoch deutlich von der be­ kannten Differenzial-Übertragungstechnik, die üblicherweise zur Minimierung von Störungen eingesetzt wird. Auch bei der bekannten Differenzial-Übertragungstechnik werden zwei Kanäle benutzt, jedoch haben die Nutzsignale immer entgegengesetzte Polarität, um die Gleichtaktstörung zu eliminieren. Dagegen wird bei der vorliegenden Ausgestaltung pro Signaländerung nur ein Impuls erzeugt und dieser auch nur über einen Kanal gesendet. Die Ansteuerung und die Auswertung der Signals ist dadurch einfacher als bei der bereits bekannten Methode.

Bei dem in Fig. 9 gezeigten Ausführungsbeispiel werden wie­ derum zwei Transformatoren Tr1 und Tr2 wie in Fig. 8 verwen­ det, wobei jedoch die Anschlüsse 2 und 4 sowie die Anschlüsse 2' und 4' miteinander verbunden sind. Die Anschlüsse 2' und 4' sind darüber hinaus mit einer sekundärseitigen Masse ver­ bunden. Die Ansteuerung der in Reihe geschalteten primären Wicklungen wird dabei durch die in Fig. 9 nicht näher darge­ stellte Ansteuerschalterschaltung AST angesteuert, die über eine Brückenschaltung die Primärwicklung versorgt, so dass die Betriebsspannung Vcc optimal ausgenutzt wird. Die Brü­ ckenschaltung besteht aus zwei Endstufen mit jeweils zwei Transistoren TE1, TE2 bzw. TEB und TE4. Die beiden Endstufen sind identisch ausgebildet, wobei die Laststrecken der beiden Transistoren TE1 und TE2 bzw. TE3 und TE4 jeweils in Reihe zwischen eine primärseitige Masse und das Versorgungspotenti­ al Vcc geschaltet sind. Am jeweiligen Abgriff der Transisto­ ren TE1, TE2 bzw. TE3, TE4 sind die Anschlüsse 1 bzw. 3 der Transformatoren Tr1 bzw. Tr2 angeschlossen. Die dem Versor­ gungspotential Vcc zugewandten Transistoren TE1 und TE3 wer­ den dabei jeweils über einen Inverter IN1 und IN2 angesteu­ ert, während die verbleibenden Transistoren TE2 und TE3 di­ rekt durch das Ausgangssignal, der in Fig. 9 nicht gezeigten Ansteuerschaltung AST, angesteuert werden. Die Ansteuerung der einzelnen Endstufen ihrerseits erfolgt dabei überkreuz, d. h. invers zueinander.

Sekundärseitig werden die Anschlüsse 1' und 3' der Transfor­ matoren Tr1 und Tr2 über die Laststrecken von Transistoren TG1 und TG2 auf jeweils einen Schmitt-Trigger ST1 und ST2 ge­ führt, wobei zusätzlich in den Eingang des Schmitt-Triggers ein Referenzstrom IR1 bzw. IR2 durch eine Referenzstromquelle RC1 bzw. RC2 eingespeist wird. Die Ausgänge der beiden Schmitt-Trigger ST1 und ST2 dienen dann zur Ansteuerung einer Verriegelungsschaltung, der ein Speicherelement nachgeschal­ tet ist. Verriegelungsschaltung und Speicherelement sind da­ bei in gleicher Weise wie in Fig. 3 gezeigt aufgebaut und weisen NAND-Gatter G2 und G3 und Verzögerungsglieder ZG1 und ZG2 auf. Das Speicherelement wird wiederum durch das RS-Flip-Flop FF gebildet. Das Ausführungsbeispiel ermöglicht sowohl diffe­ rentielle als auch zeitliche Verriegelung.

Das in Fig. 10 gezeigte Ausführungsbeispiel geht aus dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch hervor, dass der Transformator Trf und die beiden Komparatoren K1 und K2 durch eine Anordnung mit zwei Transformatoren Tr1, Tr2 und vier Komparatoren K3 bis K6 in Verbindung mit zwei AND- Gattern G4 und G5 ersetzt werden. Die Transformatoren Tr1 und Tr2 können dabei wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen ausgebildet sein. Im vorliegenden Fall sind jedoch die primä­ ren Wicklungen einander parallel geschaltet derart, dass die Anschlüsse 1 und 3 sowie 2 und 4 jeweils miteinander ver­ schaltet und an den Ausgang der Ansteuerschaltung AST ange­ schlossen sind. Die sekundärseitigen Windungen sind hingegen wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 derart miteinander verschaltet, dass die Anschlüsse 2' und 4' miteinander sowie mit einer sekundärseitigen Masse verbunden sind. Der An­ schluss 1' des Transformators Tr1 ist dabei mit dem invertie­ renden Eingang des Komparators K3, dessen nicht invertieren­ der Eingang an das Referenzpotential -Uref angeschlossen ist, und mit dem nicht invertierenden Eingang des Komparators K4, dessen invertierender Eingang an das Referenzpotential +Uref angeschlossen ist, verbunden. In analoger Weise ist der An­ schluss 3' des Transformators Tr2 mit den invertierenden Ein­ gang des Komparators K5, dessen nicht invertierender Eingang an das Referenzpotential -Uref angeschlossen ist, und an den nicht invertierenden Eingang des Komparators K6, dessen in­ vertierender Eingang an das Referenzpotential +Uref ange­ schlossen ist, verbunden. Die Ausgänge der Komparatoren K4 und K5 sind hierbei auf die Eingänge des Gatters G5 geführt, während die Ausgänge der Komparatoren K3 und K6 mit den Ein­ gängen des Gatters G4 verbunden sind. Die Ausgänge der Gatter G4 und G5 dienen dann zur Ansteuerung der Verriegelungsschal­ tung VRS, die ihrerseits die invertierenden Rücksetz und Setzeingänge RS des Flip-Flops FF steuert.

Schließlich ist noch ein AND-Gatter G6 vorgesehen, dessen Eingänge mit den Ausgängen der Gatter G5 und G4 verbunden sind und an dessen Ausgang ein Signal FS abgreifbar ist, mit dem eine fehlerhafte Übertragung angezeigt werden kann.

Claims (16)

1. Integrierbare Schaltungsanordnung zur potenzialfreien Signalübertragung mit
einem Transformator (Trf; Tr1, Tr2) mit zwei magnetisch miteinander gekoppelten Wicklungen, von denen eine als Pri­ märwicklung und die andere als Sekundärwicklung vorgesehen ist,
einer der Primärwicklung vorgeschalteten Ansteuerschal­ tung (AST), die die Flanken eines logischen Eingangssig­ nals (Uin) in dem Eingangssignal (Uin) entsprechende primär­ seitige Impulse umwandelt, wobei durch jeden primären Impuls in der Primärwicklung den Flanken des Eingangssignals (Uin) zuordenbare sekundäre Impulse in der Sekundärwicklung erzeugt werden,
einer mit der Sekundärwicklung verschalteten, durch die sekundären Impulse angesteuerten Auswahlschaltung (K1, K2, TG1, TG2), die die sekundären Impulse nach jeweiliger Zuord­ nung zur Flanke des Eingangssignals (Uin) trennt,
einer der Auswahlschaltung (K1, K2; TG1, TG2) nachfolgen­ den Verriegelungsschaltung (VRS), die getrennte sekundäre Im­ pulse miteinander vergleicht und bei gleichzeitigem Auftreten getrennter sekundärer Impulse und/oder bei in kurzzeitiger Folge auftretenden sekundären Impulsen eine Weiterleitung der sekundären Impulse unterbindet, und
einem Speicherelement (FF), das durch sekundäre Impulse der einen Polarität gesetzt und durch sekundäre Impulse der anderen Polarität rückgesetzt wird und ein Ausgangssignal führt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, bei der die Dauer der Impulse derart bemessen ist, dass der Transformator (Trf, Tr1, Tr2) in Sättigung betrieben wird.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der nach jedem erzeugten primären Impuls ein primärer Auffrisch­ impuls erzeugt wird.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorherigen Ansprü­ che, bei der die Auswahlschaltung zwei Komparatoren (K1, K2) aufweist, die einerseits jeweils mit einem Referenzpotential (Uref) beaufschlagt sind, und die andererseits zueinander in­ vers mit den sekundären Impulsen angesteuert werden.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der zwei Transformatoren (Tr1, Tr2) vorgesehen sind,
von denen zwei als primäre Wicklungen (L1, L3) und zwei als sekundäre Wicklungen (L2, L4) vorgesehen sind,
wobei jede der primären Wicklungen (L1, L3) mit je einer der sekundären Wicklungen (L2, L4) magnetisch gekoppelt ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, bei der die An­ steuerschaltung zur Ansteuerung beider primärer Wicklungen (L1, L3) vorgesehen ist, wobei die Ansteuerschaltung beide primären Wicklungen invers zueinander ansteuert.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, bei der die An­ steuerschaltung zur Ansteuerung beider primärer Wicklungen (L1, L3) vorgesehen ist, wobei die Ansteuerschaltung bei Auf­ treten eines Zustandswechsels des Eingangssignals je nach Richtung des Zustandswechsels die eine oder die andere primä­ re Wicklung (L1, L3) ansteuert.

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei der die Auswahlschaltung vier Komparatoren (K3. . .K6) auf­ weist, die einerseits jeweils mit einem Referenzpotential (U­ ref) beaufschlagt sind, und die andererseits paarweise zuein­ ander invers mit den sekundären Impulsen angesteuert werden, wobei die Ausgänge der Komparatoren eines Paares über jeweils ein UND-Gatter (G4, G5) mit den Ausgängen des anderen Paares verknüpft sind.

9. Schaltungsanordnung nach einem der vorherigen Ansprü­ che, bei der die Verriegelungsschaltung zwei steuerbare Schalter (G2', G3') aufweist, die jeweils den Signalformern (K1, K2) nachgeschaltet sind und die durch eine Koinzidenz­ schaltung (G1) gesteuert werden.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, bei der die Ko­ inzidenzschaltung die Koinzidenz von in den sekundären Wick­ lungen (L2, L4) auftretenden Signalen bestimmt und bei Vor­ liegen koinzidenter Signale auf beiden sekundären Wicklungen (L2, L4) eine fehlerhafte Übertragung erkennt und dementspre­ chend die Weiterleitung der sekundären Impulse unterbindet.

11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, bei der die Ko­ inzidenzschaltung die Koinzidenz von getrennten sekundären Signalen bestimmt und bei Vorliegen koinzidenter Signale auf eine fehlerhafte Übertragung erkennt und dementsprechend die Weiterleitung der sekundären Impulse unterbindet.

12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10 oder 11, bei der die Koinzidenzschaltung ein UND-Gatter (G1) zur Bestimmung der Koinzidenz aufweist.

13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10 oder 11, bei der die Koinzidenzschaltung zwei über Kreuz mit den Schaltern (G2', G3') gekoppelte Zeitglieder (ZG1, ZG2) zur Bestimmung der Koinzidenz aufweist.

14. Schaltungsanordnung nach einem der vorherigen Ansprü­ che, bei der (jeweils) primäre und sekundäre Wicklung (L1 bis L4) in Richtung der Wicklungsachsen in verschiedenen Ebenen ausgebildet sind.

15. Schaltungsanordnung nach einem der vorherigen Ansprü­ che, bei der die Wicklungen (L1 bis L4) spiralförmig ausge­ bildet sind.

16. Schaltungsanordnung einem der vorherigen Ansprüche, bei der die Schaltungsanordnung vollständig in einen Halblei­ terkörper (SC) integriert ist.