DE19543559A1 - Kapazitives Übertragungssystem - Google Patents
Kapazitives ÜbertragungssystemInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur
kontaktlosen Übertragung digitaler Signale zwischen
bewegten Teilen, bestehend aus einer Datenquelle zur
Erzeugung der digitalen Signale, einem Sender, der
diese Signale mittels einer kontaktlosen Über
tragungsstrecke mit Bandpaßcharakteristik an den
Empfänger übermittelt, und einer Datensenke, die die
Daten aus dem Empfänger aufnimmt.
Zur kontaktlosen Signalübertragung zwischen beweglichen
Teilen sind verschiedene Verfahren bekannt. So kann durch
eine kapazitive Koppelanordnung über das elektrische Feld
oder über eine induktive Anwendung über das magnetische
Feld Energie und Information übertragen werden. Ebenso
sind elektromagnetische Wellen z. B. in Form von Mikro
wellen oder Licht zur Informationsübertragung geeignet.
Diese kontaktlosen Übertragungsverfahren zeichnen sich
gegenüber den kontaktierenden Verfahren durch vernach
lässigbare mechanische Reibung und damit fehlenden
Abrieb bzw. Kontaktverschleiß aus. Die Lebensdauer
solcher kontaktloser Übertragungssysteme liegt insbe
sondere bei hohen Geschwindigkeiten der bewegten Teile
zueinander wesentlich über der Lebensdauer kontaktie
render Verfahren. Allen diesen Übertragungsverfahren
haftet jedoch der Nachteil an, daß sie eine untere
Grenzfrequenz besitzen. Diese kann je nach technischer
Ausgestaltung variieren. Kennzeichnend ist jedoch, daß
ein Gleichanteil mit der Frequenz 0 nicht direkt über
tragen werden kann.
Die in der industriellen Praxis auftretenden Digital
signale wie sie z. B. in modernen Bussystemen verwendet
werden, variieren zwischen nahezu statischen Signalen
mit äußerst niedrigen Frequenzen und Signalen mit einer
durch das Bussystem vorgegebenen maximalen Taktrate.
Die niedrigsten vorkommenden Frequenzen liegen meist
unter der unteren Grenzfrequenz der zuvor beschriebe
nen kontaktlosen Übertragungssysteme.
Damit ist eine direkte Übertragung dieser Signale in
der Regel nicht möglich. Abhilfe schaffen hier die
bekannten Verfahren zur Modulation bzw. Kodierung. Beide
Verfahren setzen einen hohen technischen Aufwand vor
aus. Insbesondere die für die Digitalsignalübertragung
gut geeigneten Kodierungsverfahren, wie z. B. die
Manchesterkodierung, benötigen alleine aufgrund der
Kodierung eine höhere Bandbreite des Übertragungskanals.
Dadurch steigen Aufwand und Kosten der Übertragungs
strecke. Außerdem wird bei den meisten Kodierungen
der Takt des Digitalsignals benötigt. Häufig ist dieser
Takt aus dem Signal selbst nicht rekonstruierbar. Nur
wenn die Daten eine geeignete Struktur besitzen, ist
mittels PLLs eine Taktregeneration möglich. Derartige
Schaltungen sind meist für eine vorher festgelegte
Datenrate einsetzbar. Soll die kontaktlose Übertra
gungsstrecke daten- und protokolltransparent sein, so
lassen sich häufig nur die aufwendigen Modulationsver
fahren einsetzen.
Aufgabe der Erfindung ist es eine Vorrichtung zur
kontaktlosen Übertragung digitaler Signale zwischen
bewegten Teilen, bestehend aus einer Datenquelle zur
Erzeugung der digitalen Signale, einem Sender, der
diese Signale mittels einer kontaktlosen Über
tragungsstrecke mit Bandpaßcharakteristik an den
Empfänger übermittelt, und einer Datensenke, die die
Daten aus dem Empfänger aufnimmt, derart weiterzubil
den, daß eine protokoll- und datentransparente Über
tragung von Digitalsignalen mit einer Datenrate unter
der unteren Grenzfrequenz der Übertragungsstrecke mit
geringem technischen Aufwand und ohne vergrößertem
Bandbreitenbedarf möglich ist.
Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung gemäß Anspruch 1
derart ausgebildet, daß der Sender eine Schaltung zur
Signalaufbereitung besitzt, welche die Steilheit der
Signalflanken des von der Datenquelle gelieferten
digitalen Signals derart erhöht, daß die Kehrwerte von
Anstiegs- und Abfallzeit jeweils größer als die untere
Grenzfrequenz der Übertragungsstrecke sind, und weiter
hin im Empfänger eine Auswerteschaltung vorhanden ist,
die aus den von der Übertragungsstrecke gelieferten
Pulsen, die durch Differentiation der vom Sender abge
gebenen Signale entstehen, die ursprünglichen Signale
rekonstruiert.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungs
beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
exemplarisch beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 Schematisierte Anordnung einer er
findungsgemäßen Übertragungsstrecke,
Fig. 2 schematisierte Anordnung einer Über
tragungsstrecke nach dem Stand der Technik,
Fig. 3 schematisierte Empfängereinheit und
Fig. 4 Signaldarstellung in einem
Zeit-/Amplitudendiagramm.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung bestehend
aus einer Datenquelle 1 und einer Datensenke 5,
welche über den Sender 2, die Übertragungsstrecke 3
und den Empfänger 4 miteinander verbunden sind. Der
Sender enthält eine Schaltung zur Signalaufbereitung
10, so daß eine minimale Steilheit der Signalflanken
sichergestellt ist. Im Empfänger befindet sich eine
Auswerteschaltung 11, die aus dem durch die Übertra
gungsstrecke verzerrten Signal das Originalsignal re
konstruiert.
Der Sender 2 besitzt eine Schaltung zur Signalaufberei
tung 10. Diese erhöht die Flankensteilheit der von der
Datenquelle gelieferten Digitalsignale derart, daß die
Kehrwerte von Ausstiegs- bzw. Abfallzeit jeweils größer
als die untere Grenzfrequenz der Übertragungsstrecke
sind. Die so aufbereiteten Signale werden dann vom Sender
an die Übertragungsstrecke 3 abgegeben. Durch die Band
paßcharakteristik der Übertragungsstrecke erreichen den
Empfänger 4 nur noch einzelne Pulse, die je nach der
vom Sender abgegebenen Flanke positive oder negative
Werte annehmen. Im Empfänger ist eine Auswerteschaltung
1 vorhanden, die nun aus diesen Pulsen das ursprüng
liche Signal wieder rekonstruiert. Das rekonstruierte
Signal wird vom Empfänger an die Datensenke übermit
telt. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin
dung besitzt die Auswerteschaltung einen Integrator,
der die von der Übertragungsstrecke kommenden Impulse
aufintegriert. In einer weiteren Ausgestaltung der
Erfindung besitzt die Auswerteschaltung einen ersten
Komparator zur Detektion negativer Impulse. Ein digita
ler Speicher wird durch den ersten Komparator gesetzt
und durch den zweiten Komparator zurückgesetzt. Dadurch
wird die Polarität des zuletzt aufgetretenen Impulses
gespeichert. Da die Impulse nur bei Flanken des Signals
der Datenquelle auftreten, zeigen sie Änderungen im
Signalpegel an. Durch das Speichern dieser Änderungen
spiegelt der Ausgang des Speichers den letzten Signal
pegel wieder.
Fig. 2 zeigt eine dem Stand der Technik entsprechende
Anordnung. Diese besteht aus Datenquelle 1, Sender 2,
Übertragungsstrecke 3, Empfänger 4 sowie einer
Datensenke 5.
Fig. 3 zeigt eine typische Ausgestaltung der Schaltung
zur Signalaufbereitung im Empfänger. Diese enthält
einen ersten Komparator 12 zur Detektion positiver
Pulse sowie einen zweiten Komparator 13 zur Detektion
negativer Pulse. Die Ausgangssignale der beiden
Komparatoren werden mittels eines Speicherelementes
14 zusammengeführt.
Fig. 4 verdeutlicht die Funktionsweise der
erfindungsgemäßen Anordnung. Die Kurve a) zeigt ein
typisches Signal, wie es von der Datenquelle zur
Verfügung gestellt wird. Dieses Signal wird nun von der
Schaltung zur Signalaufbereitung des Senders so
aufbereitet, daß eine minimale Steilheit der
Signalflanken sichergestellt ist. Dieses Signal zeigt
die Kurve b). Nach der Übertragungsstrecke mit Bandpaß
charakteristik besitzt das Signal die Kurvenform c).
Aus diesem Signal muß nun der Empfänger mit Hilfe einer
Auswerteschaltung das Originalsignal rekonstruieren.
Wird das Signal nun entsprechend einer Ausgestaltung
der Erfindung mittels eines Integrators aufintegriert,
so ergibt sich die in Kurve d) dargestellte Signalform.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird die
Auswertung mittels zweier Komparatoren und eines
Speichers vorgenommen. Die Kurve e) zeigt das
Ausgangssignal des ersten Komparators zur Detektion
positiver Pulse. Die Kurve f) zeigt das Ausgangssignal
des zweiten Komparators zur Detektion negativer Pulse.
Das Ausgangssignal des Speichers ist in Kurve g)
dargestellt.
Claims (3)
1. Vorrichtung zur kontaktlosen Übertragung digitaler
Signale zwischen bewegten Teilen, bestehend aus einer
Datenquelle zur Erzeugung der digitalen Signale, einem
Sender, der diese Signale mittels einer kontaktlosen
Übertragungsstrecke mit Bandpaßcharakteristik an den
Empfänger übermittelt, und einer Datensenke, die die Daten
aus dem Empfänger aufnimmt,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Sender eine Schaltung zur Signalaufbereitung be
sitzt, welche die Steilheit der Signalflanken des von
der Datenquelle gelieferten digitalen Signals derart
erhöht, daß die Kehrwerte von Anstiegs- und Abfallzeit
jeweils größer als die untere Grenzfrequenz der Über
tragungsstrecke sind, und weiterhin im Empfänger eine
Auswerteschaltung vorhanden ist, die aus den von der
Übertragungsstrecke gelieferten Pulsen, die durch Dif
ferentiation der vom Sender abgegebenen Signale entste
hen, die ursprünglichen Signale rekonstruiert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Auswerteschaltung einen Integrator besitzt, der die
von der Übertragungsstrecke kommenden Pulse aufinte
griert und das integrierte Signal an die Datensenke
weiterleitet.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
in der Auswerteschaltung ein erster Komparator zur
Detektion positiver Pulse und ein zweiter Komparator
zur Detektion negativer Pulse sowie ein Speicherelement
vorgesehen ist, welches mit beiden Komparatoren verbun
den ist und mittels der Ausgangssignale der Komparato
ren die Polarität des zuletzt aufgetretenen Impulses
speichert und ein dem Speicherzustand entsprechendes
Signal an die Datensenke übergibt.
Priority Applications (10)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1995143559 DE19543559A1 (de) | 1995-11-22 | 1995-11-22 | Kapazitives Übertragungssystem |
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EP96940989A EP0862796B1 (de) | 1995-11-22 | 1996-11-21 | Vorrichtung zur signalübertragung zwischen beweglichen teilen |
DE59610138T DE59610138D1 (de) | 1995-11-22 | 1996-11-21 | Vorrichtung zur signalübertragung zwischen beweglichen teilen |
PCT/DE1996/002222 WO1997019483A2 (de) | 1995-11-22 | 1996-11-21 | Vorrichtung zur signalübertragung zwischen beweglichen teilen |
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EP01102691A EP1111706B1 (de) | 1995-11-22 | 1996-11-21 | Vorrichtung zur Signalübertragung zwischen beweglichen Teilen |
US09/068,884 US6614848B2 (en) | 1995-11-22 | 1996-11-21 | Device for transmitting signals between moving parts |
US10/328,121 US6738416B2 (en) | 1995-11-22 | 2002-12-23 | Device for signal transmission between moving parts |
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Country | Link |
---|---|
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CN112005431A (zh) * | 2018-02-01 | 2020-11-27 | 罗伯特·博世有限公司 | 用于借助波导传输信号的设备 |
US11309614B2 (en) | 2018-02-01 | 2022-04-19 | Robert Bosch Gmbh | Device for transmitting a signal with the aid of waveguides |
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