DE19543559A1 - Kapazitives Übertragungssystem - Google Patents

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.