DE19610248A1 - Verfahren sowie Schaltungsanordnung zur galvanischen Trennung eines Signalpfades, insbesondere digitalen Signalpfades - Google Patents

Description

In unterschiedlichsten Bereichen ist eine galvanische Trennung digitaler Signalpfade erforderlich, insbesondere auch in der Kommunisations- und Datenübertragungstechnik, beispielsweise bei Modems.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Schaltungsanordnung aufzuzeigen, welches bzw. welche eine einfache galvanische Trennung eines digitalen Spannungspfades ermöglicht, wobei die für die galvanische Trennung verwendeten Mittel in einem weiten Bereich unabhängig von der Frequenz des zu übertragenden digitalen Signales sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 und eine Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 4 ausgeführt.

Die Erfindung hat u. a. den Vorteil, daß der Frequenzübertragungsbereich des internen, die galvanische Trennung bewirkenden Signalübertragungsmittel allein durch die Frequenz des Hilfsoszillators bestimmt ist, d. h. diese internen Signalübertragungsmittel müssen lediglich dazu geeignet sein, Wechselspannungssignale bzw. Rechtecksignale mit der Frequenz des Hilfsoszillators mit ausreichender Qualität zu übertragen. Es ist hierbei insbesondere nicht notwendig, daß diese Signalübertragungsmittel auch Gleichspannungsanteile sowie Signale mit einer Frequenz übertragen, die unter der Frequenz des Hilfsoszillators liegt.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in vereinfachter Darstellung und im Blockdiagramm einer Schaltungsanordnung zur galvanischen Trennung digitaler Signalpfade gemäß der Erfindung;

Fig. 2 zur Erläuterung der Wirkungsweise den Signalverlauf an verschiedenen Punkten der Schaltungsanordnung.

Die in der Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung dient zur galvanischen Trennung digitaler Signalpfade, d. h. zur galvanischen Trennung des von den beiden Anschlüssen 1 und 2 gebildeten Eingangs und des von den beiden Anschlüssen 3 und 4 gebildeten Ausgangs. Die Anschlüsse 2 und 4 liegen bei der dargestellten Ausführungsform jeweils an der gemeinsamen Schaltungsmasse. Die Ebene, an der die galvanische Trennung zwischen Eingang und Ausgang innerhalb der Schaltung erfolgt, ist mit der unterbrochenen Linie 5 angedeutet.

Die Schaltungsanordnung umfaßt zwei Exclusiv-ODER-Gatter 6 und 7, von denen das Exclusiv-ODER-Gatter 6 bezogen auf die Trennebene 5 eingangsseitig und das Exclusiv- ODER-Gatter 7 bezogen auf die Trennebene 5 ausgangsseitig vorgesehen ist. Die beiden Eingänge des Exclusiv-ODER-Gatters 6 sind einerseits mit der Eingangsklemme 1 und andererseits mit dem Ausgang eines Oszillators 8 verbunden, der ein Rechtecksignal mit vorgegebener Frequenz liefert, beispielsweise mit einer Frequenz, die unterhalb der höchsten, zu erwartenden Signalfrequenz des an den Eingang bzw. an den Klemmen 1 und 2 anliegenden Eingangssignals S1 liegt.

Der Ausgang des Exclusiv-ODER-Gatters 6 ist über einen Trennkondensator 10 mit dem einen Eingang des Exclusiv-ODER-Gatters 7 verbunden. Der Ausgang 9 des Oszillators 8 ist über einen weiteren Trennkondensator 11 mit dem zweiten Eingang des Exclusiv- ODER-Gatters 7 verbunden. Jedem Trennkondensator 10 und 11 ist ein Widerstand 12 zugeordnet, der parallel zu dem jeweiligen Eingang des Exclusiv-ODER-Gatters 7 und der Schaltungsmasse liegt. Die Zeitkonstante des jeweiligen, von dem Trennkondensator 10 bzw. 11 und dem zugehörigen Widerstand 12 gebildeten RC-Gliedes ist der Frequenz des Oszillators 8 entsprechend so gewählt, daß die Recheck-Impulse des Oszillators 8 mit ausreichender Güte über den Trennkondensator 11 übertragen werden. Das von dem Trennkondensator 10 und dem zugehörigen Widerstand 12 gebildete RC-Glied besitzt die gleiche Zeitkonstante.

Zur Glättung des Ausgangssignals ist am Ausgang des Exclusiv-ODER-Gatters 7 ein integrierendes RC-Glied vorgesehen, welches von dem mit dem Ausgang des Exclusiv- ODER-Gatters 7 verbundenen Serienwiderstand 13 und von dem parallel zu den Ausgangsklemmen 3 und 4 liegenden Kondensator 14 gebildet ist. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Zeitkonstanten der von den Trennkondensatoren 10 und 11 und den zugehörigen Widerständen 12 gebildeten RC-Glieder jeweils kleiner als die Zeitkonstante des von dem Widerstand 13 und dem Kondensator 14 gebildeten integrierenden RC-Gliedes.

Die nachfolgend angegebene Tabelle ist die bekannte Wahrheitstabelle eines Exclusiv- ODER-Gatters, wobei in dieser Tabelle mit E1 und E2 jeweils die Zustände an den beiden Eingängen und mit A der hieraus resultierende Zustand am Ausgang eines solchen Gatters angegeben ist.

In der Fig. 2 sind zur Erläuterung der Funktionsweise der Schaltung der Fig. 1 verschiedene Signalfolgen wiedergegeben, und zwar in der Position a ein sich zeitlich änderndes Eingangssignal S1, in der Position b das Rechteck-Signal OS am Ausgang 9 des Oszillators 8, in der Position c das aus beiden Signalen S1 und OS resultierende modifizierte Signal S1′ am Ausgang des Exclusiv-ODER-Gatters 6 und in der Position d das aus den Signalen OS und S1′ der Positionen b und c resultierende Ausgangssignal S2′ am Ausgang des Exclusiv-ODER-Gatters 7. Das Ausgangssignal S2 am Ausgang ¾ unterscheidet sich nicht von dem Signal S2′.

Die Fig. 2 zeigt, daß an den Trennkondensatoren 10 und 11 lediglich sich zeitlich ändernde Signale, d. h. Wechsel-Spannungssignale anliegen, und zwar die durch die Exclusiv-ODER-Funktion mit dem Signal des Oszillators 8 modifizierte Eingangsspannung S1′ und an dem Trennkondensator 11 die von dem Oszillator 8 gelieferte Rechteckspannung.

Weiterhin zeigt die Fig. 2, daß aus dem modifizierten Signal S1′ durch die Exclusiv- ODER-Funktion des Gatters 7 das Eingangssignal S1 als Signal S2′ wieder hergestellt bzw. zurückgewonnen wird, wobei in dem Signal S2′ noch vorhandene, aus der Signalverarbeitung in den Gattern 6 und 7 resultierende Signalspitzen usw. mit dem von dem Widerstand 13 und dem Kondensator 14 gebildeten RC-Glied ausgefiltert werden.

Bei der Darstellung der Fig. 2 wurde zur einfacheren Erläuterung zunächst angenommen, daß das Eingangssignal S1 zunächst über mehrere Perioden des Signals des Oszillators 8 den konstanten Wert "EINS" aufweist und erst dann den Wert "Null" annimmt, die Frequenz des Eingangssignals S1 also kleiner ist als die Frequenz des Oszillators 8.

Aus der Fig. 2 ist aber auch ersichtlich, daß die Schaltung der Fig. 1 in gleicher Weise zur galvanischen Trennung bei Signalen S1 geeignet ist, deren Frequenz weit höher liegt als die Frequenz des Signals des Oszillators 8. Um dies zu verdeutlichen, sind in der Fig. 2 mit unterbrochenen Linien schnelle Änderungen des Signals S1 angedeutet. Diese Änderungen führen zu entsprechenden Änderungen in dem Signal S1′ und auch zu entsprechenden Änderungen in dem Signal S2′, wie dies in der Fig. 2 ebenfalls mit unterbrochenen Linien angedeutet ist.

Der Vorteil der Schaltung besteht darin, daß eine galvanische Trennung unter Verwendung von Trennkondensatoren 10 und 11 möglich ist, deren Größe ausschließlich durch die Frequenz des Oszillators 8 bestimmt ist, und daß die Größe dieser Trennkondensatoren bzw. die Zeitkonstante der diese Trennkondensatoren aufweisenden RC-Glieder unabhängig von der Frequenz des Eingangssignales S1 ist, d. h. mit der Schaltung Eingangssignale S1 in Form von Gleichspannungssignalen oder in Form von Wechselspannungssignalen mit sehr unterschiedlichster Frequenz, auch sehr niedriger Frequenz verarbeitet werden können.

Claims (12)

1. Verfahren zur galvanischen Trennung eines Signalpfades, der wenigstens einen Signaleingang (1, 2) und wenigstens einen diesem Eingang zugeordneten Signalausgang (3, 4) und eine galvanischen Trennung zwischen dem Eingang und dem Ausgang aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine erste Exclusiv-ODER-Verknüpfung des Eingangssignals (S1) oder eines hiervon abgeleiteten Signals mit einer Frequenz eines Hilfsoszillators (8) ein modifiziertes Signal (S1′) gebildet wird, daß zumindest das modifizierte Signal (S1′) an Signalübertragungsmittel (10, 11), die eine galvanische Trennung bewirken, weitergeleitet wird, und daß dann durch eine zweite Exclusiv- ODER-Verknüpfung des modifizierten Signals (S1′) am Ausgang der Signalübertragungsmittel (10, 11) mit der Frequenz des Hilfsoszillators (8) ein dem Eingangssignal entsprechenden Ausgangssignal (S2) zurückgewonnen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung von von Exclusiv- ODER-Gattern (6, 7).

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Hilfsoszillators (8) ein Rechtecksignal ist.

4. Schaltungsanordnung zur galvanischen Trennung eines digitalen Signalpfades, mit wenigstens einem Eingang (1, 2) und mit wenigstens einem diesem Eingang zugeordneten Ausgang (3, 4) und einer galvanischen Trennung zwischen dem Eingang und dem Ausgang, gekennzeichnet durch erste Mittel (6, 8) zur Erzeugung eines modifizierten Signales (S1′) durch eine Exclusiv-ODER-Verknüpfung des Eingangssignals (S1) oder eines hiervon abgeleiteten Signals mit einer Frequenz eines Hilfsoszillators (8), durch zweite Mittel (7) zur Rückgewinnung eines dem Eingangssignal entsprechenden Ausgangssignal (S2) durch eine Exclusiv-ODER- Verknüpfung des modifizierten Signals (S1′) mit der Frequenz des Hilfsoszillators, sowie durch Signalübertragungsmittel (10, 11), die eine galvanische Trennung bewirken und über die zumindest das modifizierte Signal (S1′) an die zweiten Mittel für die Exclusiv-ODER-Verknüpfung übertragen wird.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, die Frequenz des Hilfsoszillators (8) über die Signalübertragungsmittel (10, 11) an die zweiten Mittel für die Exclusiv-ODER-Verknüpfung übertragen wird.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und/oder zweiten Mittel von einem Exclusiv-ODER-Gatter (6, 7) gebildet sind.

7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die eine galvanische Trennung bewirkenden Signalübertragungsmittel von wenigstens einem Trennkondensator (10, 11) gebildet sind.

8. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Hilfsoszillators (8) ein Rechtecksignal ist.

9. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalübertragungsmittel (10, 11) eine galvanische Trennebene (5) zwischen dem Eingang (1, 2) und dem Ausgang (3, 4) definieren, und daß die ersten und zweiten Mittel (6, 7) für die Exclusiv-ODER-Verknüpfung auf verschiedenen Seiten dieser Trennebene (5) vorgesehen sind und sich der wenigstens eine Hilfsoszillator (8) auf einer Seite der Trennebene (5) befindet.

10. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich der wenigstens eine Hilfsoszillator auf der dem Eingang (1, 2) zugeordneten Seite der Trennebene (5) befindet.

11. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem jeweiligen Trennkondensator (10, 11) ein Widerstand (12) parallel zu einem Eingang der zweiten Mittel (7) für die Exclusiv-ODER-Verknüpfung zugeordnet ist.

12. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang (2, 3) ein von wenigstens einem Serienwiderstand (13) und einem parallel zum Ausgang liegenden Kondensator (14) gebildetes integrierendes RC-Glied vorgesehen ist.