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Schaltungsanordnung zur Dämpfung von Störsignalen auf Datenübertragungsleitungen
Die Übertragung von Signalfrequenzen von Gebern zum Steuerschrank elektronischer
Anlagen bereitet besondere Schwierigkeiten, wenn die Verbindungsleitungen sehr lang
und starken Störern ausgesetzt sind, die kapazitiv oder induktiv die Leitungen beeinflussen
können.
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Zur Minderung der Beeinflussung von Signalleitungen sind daher besondere
Vorkehrungen erforderlich. So ist es üblich, die störanfälligen Signalleitungen
zwischen Geber und Empfänger absuschirmen. Hierdurch ist es in gewissem Umfange
möglich, kapazitive und teilweise auch induktive Einstreuwigen von der Signalleitung
fernzuhalten. Die Verwendung geschirmter Verbindungsleitungen erhöht aber die Kosten
zur Erstellung derartiger Anlagen, besonders dann, wenn eine Vielzahl von signalübertragenden
Steuerleitungen vorgesehen werden muß. Auch die Zusammenfassung von mehreren Signalübertragungsleitungen
in Kabelbäumen oder Kabeln und deren gemeinsame Schirmung bringt keine Abhilfe,
wenngleich sich die Schirmungskosten verringern. Eine solche geschirmte Mehrdrahtverbindungsleitung
(Kabel) wäre dann zwar gegen äußere Störbeeinflussungen hinreichend geschützt, durch
die aber immer vorhandene Leitungskapazität zwischen den einzelnen Kabeladern aber
würden innere Störungen nicht zu vermeiden sein, die durch "Übersprechen" von Ader
zu Ader des Kabels dann gegeben sind, wenn solche Kabel viele Signaldbertragungsleitungen
unterschiedlichen Signalniveaus und noch dazu Stromversorgungsleitungen auf hohem
Spannungs- bzw.
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Signalniveau enthalten.
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Um bei solchen Kabelstrecken auch die innere Störbeeinflussung zu
mindern, hat man bereits vorgeschlagen, die einzelnen Signalleitungen jeweils niederohmig
abzuschließen. In solchen Fällen muß jedoch der Signalgeber eine höhere Leistung
aufbringen, die
über den als Grundlast bezeichneten niederohmigen
Abschluß in überflüssiger und unerwünschter Weise in Wärme umgesetzt wird.
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Man hat deshalb weiter vorgeschlagen, den störanfälligen Signalleitungen
neben den vorerwähnten Grundlastwiderständen auch noch Filter, im allgemeinen LC-Filter,
zuzuordnen, welche die anfallenden Störfrequenzen am Steuereingang des Empfängers
so weit abdämpfen, daß sie unterhalb der Ansprechschwelle abklingen. Bei Verwendung
von auf die Nutzfrequenz abgestimmten Filtern kann diese Maßnahme Jedoch die übertragbare
obere Signalfrequenz sehr wesentlich herabsetzen.
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Die Erfindung befaßt sich deshalb mit der Aufgabe, Steuersignale,
besonders für numerische Arbeitsmaschinensteuerungen, über langere geschirmte oder
ungeschirmte Leitungen oder Kabel bei hoher Signalfrequenz zu übertragen, ohne daß
Signalsprünge auf der einen Kabelader Störungen in anderen Adern hervorrufen bzw.
hochfrequenzte Störspannungen die ordnungsgemäße Signalfolge auf anderen Adern beeinträchtigen.
Bei der Lösung dieter Aufgabe soll die Forderung eingehalten werden, daß der Signalgeber
am Sendeende der Übertragungsstrecke keine größere Leistung bei niederohmigem Leitungsabschluß
aufbringen muß. Schließlich soll auch noch die Forderung erfüllt sein, daß die notwendige
Filterbeschaltung mit einfachen RC-Filtern auskommt, die die übertragbare Signalfrequenz
nicht wesentlich einengen.
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Demgemäß bezieht sich die Erfindung auf eine Schaltungsanordnung
zur Dämpfung von Störsignalen auf Dateniibertragungslei tungen vermittels Filteranordnungen,
insbesondere auf Kabeistrecken, die Steuersignalgeber mit Steuersignalempfängern
numerischer Arbeitsmaschinensteuerungs bzw. -regeleinrichtungen verbinden. Hierbei
besteht die Erfindung darin, daß das die Grundlast bildende, das Ubertragungsadernpaar
überbrückende Bauelement aus einem nichtlinearen Widerstand, s.B. einer Zenerdiode
(Z), besteht, dessen Schwellwert (Zenerspannung) knapp oberhalb der Nutzsignalspannung
der störanfälligen Ubertragungsleitung gewählt ist. Der nichtlineare Widerstand
soll dem Pilter vorgeschaltet sein, wobei bei Verwendung einer Zenerdiode ein Zenerdiodenvorwiderstand
(Rv) in dem-Längs zweig eingeschaltet sein kann, und die Diode in dem Querzweig
der Ubertragungsader eingefügt ist.
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Die Erfindung ermöglicht es, Signale unterschiedlichen Signalniveaus
über die einzelnen Adern eines gemeinsamen Kabels bei hoher Signalfrequenz zu übertragen.
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Die Erfindung sei nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher
erläutert.
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Die Figur veranschaulicht eine Mehrdrahtverbindungsleitung (Kabel
K) mit einer Vielzahl von Adern, von denen nur drei Adern 1, 2, 3 veranschaulicht
sind. Der Signalgeber, am Sende ende des Kabels K ist mit S bezeichnet und ist durch
einen Ausgangetransistor T1 symbolisiert, von dessen Kollektor die Signalspannung
(meist eine Rechteckspannung) über die Ader 2 des Kabels K zum Empfänger E hin übertragen
werden soll. Der Empfänger E ist durch seinen Eingangstransistor T2 symbolisiert.
Die Ader 3 des Kabels K ist die Bezugaleitung, welche geerdet sein kann und die
Emitter der beiden Transistoren T1 sm Sendende und T2 am Empfangs ende miteinander
verbindet. Die Ader 1 des Kabels K sei mit irgendeinem anderen Geber am Sendeende
verbunden. Ergeben sich aufgrund des Arbeitsbetriebes auf der Signalleitung 1 Signalsprünge,
so kommt es zum "Übersprechen" dieser Signalsprünge auf die Signalleitung 2 infolge
der zwischen den Adern eines Kabels immer vorhandenen, gestrichelt angedeuteten
Leitungskapazität CL. Die Inforaationsübertragung über die Ader 2 kann-daher durch
Signalsprünge auf der Ader 1 in erheblichem Umfange gestört werden. Um solche Störungen
zu unterbinden, ist es üblich, am Empfangs ende des Kabels K einen (gestrichelt
gezeichneten) Grundlastwiderstand GLW vorzusehen und zwischen diesem und dem Empfänger
E noch ein Filter P einzubauen, das im allgemeinen aus vermaschten R-Gliedern, C-Gliedern
und L-Gliedern auigebaut sein kann. Bei erheblichen Störbeeinflussungen war es nötig,
den Grundlastwiderstand GLW sehr niederohmig zu halten und die Dämpfung des Filters
F auf Kosten der übertragbaren Signalfrequenz zu erhöhen.
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Um die damit verbundenen Schwierigkeiten und Mißhelligkeiten der vorerwähnten
Art zu vermeiden, sieht die Erfindung vor, den Grundlastwiderstand GLW durch eine
Grundlastanordnung GLA zu ersetzen, welche aus einem nichtlinearen Widerstand, s.B.
einem Varistor, einer Diode oder, wie dargestellt, aus einer Zenerdiode Z gegebenenfalls
mit einem zugehörigen Vorwiderstand Rv, besteht.
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Die Zenerdiode Z ist hierbei so gewählt, daß ihre Zenerspannung knapp
oberhalb der Nutzsignalspannung der störanfälligen Ubertragungsleitung (Ader 2)
liegt. Wird nun die Signalleitung (Ader 2) von einer hohen Störspannung, die von
außen oder über die Ader 1 einfallen kann, beaufsc'hlagt, dann kann diese Störspannung
über den Vorwiderstand Rv und über die dann durchlässig gewordene Zenerdiodenstrecke
rasch abfließen.
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Die Filterdämpfung durch das Filter F soll möglichst klein gehalten
werden, um den Signalfrequenzbereich nicht einzuengen. Es genügt, ein einfaches
RC-Filter zu verwenden, wobei jeweils ein T-Glied, bei dem zwei Widerstände R1 und
R2 im Längszweig und eine Kapazität a im Querzweig liegen, meist völlig ausreicht.
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2 Patentansprüche 1 Figur