DE19640172A1 - Übertrager-Leistungskopplung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Übertrager-Leitungsankoppelanordnungen für nur sendende, nur empfangende oder für sendende und empfangende Teilnehmer an einer elektrischen Übertragungsleitung zur Informationsübertragung mit wenigstens zwei Adern bzw. einer Ader und einer leitenden Verbindung über Masse.

Serielle und parallele elektrische Übertragungsleitungen werden als Zweipunkt-Verbindung oder als Busse zur Übertragung von Informationen zwischen räumlich voneinander entfernten oder räumlich benachbarten Teilnehmern verwendet.

Zweipunkt-Verbindungen verbinden nur zwei Teilnehmer miteinander. Diese befinden sich normalerweise an den beiden Enden der Übertragungsleitung.

Busse verbinden mindestens zwei, normalerweise jedoch mehr als zwei Teilnehmer miteinander. Die Anschlußstellen der Busteilnehmer befinden sich normalerweise an beliebigen Orten längs der Übertragungsleitung, die in diesem Fall auch Busleitung genannt wird.

Bei seriellen Übertragungsleitungen ist nur ein Übertagungskanal vorhanden. Dies führt zu einer geringeren Übertragungsleistung als bei parallelen Leitungen. Im einfachsten Fall besteht eine serielle Übertragungsleitung aus einem Hin- und einem Rückleiter. Diese einfache Form ist zum Beispiel als verdrillte Leitung oder als Koaxialleitung im Einsatz. Der geringe Leitungsaufwand führt zu einer Bevorzugung serieller Verbindungen in räumlich ausgedehnten Systemen. In der Automatisierungstechnik sind zum Beispiel serielle Busse weit verbreitet. Hingewiesen sei auf einige bekannte Busse z. B. Profibus, Bitbus, CAN-Bus, ASI. Serielle Busse werden jedoch auch zunehmend in Flugzeugen, Fahrzeugen und Schiffen eingesetzt.

Bei Systemen mit parallelen Übertragungsleitungen sind mehrere Übertragungskanäle parallel vorhanden. Dies ermöglicht eine höhere Übertragungskapazität durch gleichzeitige Nutzung der parallelen Übertragungskanäle. Nachteilig ist hierbei der höhere technische Aufwand zur Bereitstellung mehrerer Übertragungskanäle. Für jeden Übertragungskanal müssen die erforderlichen Sende- und/oder Empfangseinrichtung und eigene elektrische Leiter zur Verfügung gestellt werden. Der Aufwand hierfür ist abhängig von den Anforderung an die Übertragung und von den Umgebungsbedingungen. So können bei höheren Anforderungen für jeden Übertragungskanal eigene elektrische Leitungen mit Hin- und Rückleiter - gegebenenfalls noch einfach oder mehrfach abgeschirmt - notwendig werden. In einfacheren Fällen wird für mehrere Hinleiter nur ein einziger gemeinsamer Rückleiter benutzt. Für die Signalankopplung liegt dieser einfachere Fall auch dann vor, wenn zwar separate Rückleiter verwendet werden, diese jedoch an jedem Teilnehmer elektrisch miteinander verbunden sind. Weit verbreitet sind parallele Busse zur Überbrückung kleiner räumlicher Entfernungen zum Beispiel als Backplanes in fast allen Computern und in den meisten Steuerungssystemen. Solche Busse sind unter der Bezeichnung ISA, EISA, VLB, PCI, ECB, Multibus, Futurebus, VME usw. bekannt. Häufig werden jedoch auch parallele Busse zur Überbrückung mittlerer Entfernungen eingesetzt - so zum Beispiel zum Anschluß von externen Geräten mit hohem Datendurchsatz an Computer. Beispiele für solche bekannten Busse sind: ESDI, SCSI, HPIB.

Oft besteht die Forderung, daß die Teilnehmer an einer elektrischen Übertragungsleitung (zur Vermeidung von Störungen oder Gefährdungen) nicht leitend mit den signalübertragenden Leitungsteilen verbunden werden dürfen (galvanische Trennung). Die Erfüllung dieser Forderung wird häufig dadurch sichergestellt, daß die Signalübertragung zwischen Teilnehmer und Übertragungsleitung induktiv erfolgt. Diese induktive Kopplung kann durch Spannungsübertrager (Spannungskoppler) oder durch Stromübertrager (Stromkoppler) erfolgen. Bei einer Spannungskopplung werden die leitungsseitigen Übertragerwicklungen parallel zur Leitung (zwischen Hin- und Rückleiter) angeschlossen. Bei einer Stromkopplung werden die leitungsseitigen Übertragerwicklungen seriell zur Leitung (in Serie mit dem Hin- und/oder Rückleiter) angeschlossen.

Am weitesten verbreitet ist die Spannungskopplung. Ein typisches serielles Bussystem mit dieser Technik wird durch die US-Norm MIL-STD-1553 definiert. Für Flugkörper wurde ein eigener serieller Bus (MULTI-TRANSMITTER DATA BUS) standardisiert. Auch dieser Busstandard (ARINC 629) sieht auf der physikalischen Ebene als eine von drei Alternativen die Signalkopplung über induktive Spannungsübertrager vor (Voltage Mode Coupler).

Abhängig von den geforderten Fähigkeiten des angekoppelten Leitungsteilnehmers muß die induktive Ankopplung unidirektional für die Sende- oder die Empfangsrichtung oder bidirektional (für beide Richtungen) erfolgen. Die bidirektionale Ankopplung kann über eine einzige Übertrager-Leitungsankopplung geschehen. In diesem Fall kann auf bekannte Schaltungsprinzipien (Gabelschaltung) zurückgegriffen werden. Die bidirektionale Ankopplung kann prinzipiell auch durch zwei unidirektionale induktive Ankopplungen - je eine für jede Richtung - erfolgen.

Der Ausfall der Übertragung wichtiger (sicherheitsrelevanter) Informationen führt in vielen Anwendungen wie zum Beispiel in Flugzeugen, Fahrzeugen, Schiffen und technischen Anlagen (Atomkraftwerke, Chemie-Anlagen usw.) zu Gefahren, die nicht zulässig sind. Darum müssen die zuständigen Übertragungssysteme ausfallsicher oder ausfalltolerant sein. Dieses Verhalten erfordert die Einhaltung eines entsprechenden Sicherheitskonzepts.

Viele Sicherheitskonzepte erlauben eine begrenzte Anzahl und/oder eine begrenzte Kombination von gleichzeitig auftretenden Fehlern in einem System oder in einem Teilsystem. In den oben erwähnten seriellen Bussystemen MIL-STD-1553 und ARINC 629 sind Fehler bestimmter Kategorien - zum Beispiel Ausfall einer begrenzten Anzahl von Busteilnehmern - zu­ lässig. Diese dürfen jedoch nicht zu einem Ausfall des gesamten Bussystems führen. Darum müssen Fehler, die zu einem Totalausfall des Bussystems führen können, durch konstruktive und schaltungstechnische Maßnahmen ausgeschlossen werden. Eine wesentliche Aufgabe bei der Verhinderung dieser Fehlerart ist die Vermeidung von Kurzschlußeinwirkungen der Bus-Teil­ nehmer auf den Bus. Dabei wird davon ausgegangen, daß ein Kurzschluß auch in einem Kopplungs-Übertrager auftreten kann (zum Beispiel ein Windungskurzschluß). Damit dies nicht zum Ausfall des gesamten Bussystems führt, werden die Übertrager der anzukoppelnden Teilnehmer nicht direkt sondern immer nur in Serie mit "Isolationswiderständen" an den seriellen Bus angeschlossen.

Die Isolationswiderstände sind so bemessen, daß sie einerseits die mögliche Kurzschlußeinwirkung des Teilnehmers auf den Bus möglichst stark begrenzen (Dämpfling, Reflexion) und andererseits (bei fehlerfreiem Übertrager) die Signalübertragung zwischen Übertrager und Bus möglichst wenig schwächen. Im ungüstigsten Übertrager-Kurzschlußfall ist dann wenigstens der Isolationswiderstand am Bus wirksam. Da durch diesen Widerstand Reflexionen und Dämpfungen entstehen, muß der Widerstandswert der Isolationswiderstände möglichst groß sein. Ein hoher Isolationswiderstand hat jedoch im fehlerfreien Sendebetrieb den Nachteil, daß ein großer Teil der Sendeleistung im Isolationswiderstand in Wärme umgesetzt wird und nicht für die Signalübertragung genutzt werden kann. In der Praxis wird mit Widerstandswerten gearbeitet, die in der Größenordnung der Leitungsimpedanz oder darüber liegen. Trotz hoher Verlustleistung (unerwünschte Wärmeentwicklung, schlechter Wirkungsgrad) werden dabei erhebliche Zugeständnisse an die Übertragungsqualität notwendig (Reflexion Störabstand, höchstzulässige Anzahl von Busteilnehmern, strikte Begrenzung der Anzahl gleichzeitig ausgefallener Teilnehmer).

Hier setzt die Erfindung ein. Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine kurzschlußtolerante induktive Übertrager-Leitungsankopplung für Teilnehmer an einer elektrischen Zweipunkt- oder Bus-Übertragungsleitung zu entwickeln, die bei geringeren Energieverlusten eine gleichwertige oder eine höhere Übertragungsqualität erzielt und trotz eines Windungsschlusses in einem Busankoppler keinen Ausfall der Datenübertragung zwischen den anderen Teilnehmern am Bus hervorruft. Zusätzlich bietet die Erfindung die Möglichkeit zum Aufbau von kurzschlußsicheren Übertrager-Leitungsankopplungen, die sogar bei einem beliebigen Windungskurzschluß in einer beliebigen Übertragerwicklung ihre Funktionsfähigkeit beibehalten. Damit lassen sich dann, zum Beispiel durch Parallelschalten von mindestens zwei dieser Koppler-Anordnungen ausfallsichere Übertrager-Lei­ tungsankopplungen realisieren.

Das Problem wird bei einer Übertrager-Leitungsankoppelanordnung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Leitungsankoppelanordnung des jeweiligen Teilnehmers wenigstens zwei Übertrager mit ihren leitungsseitigen Wicklungen in Serie geschaltet sind.

Bei einer Ausgestaltung des vorstehend beschriebenen Prinzips der Erfindung sind die (dem Bus abgewendeten) teilnehmerseitigen Wicklungen der Übertrager einer Leitungsankoppelanordnung im einfachsten Fall ebenfalls in Serie geschaltet, so daß die gesamte Übertageranordnung auch an der Teilnehmerseite wie ein einziger Übertager an eine geeignete (einkanalige) Schaltung angeschlossen werden kann. Es können die leitungsseitigen Wicklungen jedes Übertragers der Leitungsankoppelanordnung auch an jeweils eigene Teilschaltungen (Kanäle) angeschlossen werden. Dies ermöglicht eine Steigerung der Zuverlässigkeit durch einen teilweise oder durchgehend mehrkanaligen Aufbau der Leitungsankoppelanordnung.

Ein Windungskurzschluß in einer Wicklung eines Übertragers wirkt sich, wegen der für induktive Übertrager typischen Widerstandstransformation, in allen Wicklungen dieses Übertragers wie ein entsprechender Kurzschluß aus.

Verwendet man in der oben vorgestellten Variante eines einkanaligen Anschlusses (beidseitige Serienschaltung der Übertragerwicklungen) gleiche Übertrager oder wenigstens Übertrager mit gleichen Übersetzungsverhältnissen, dann ändert sich bei einem Kurzschluß in nur einem der Übertrager an dem Gesamtverhalten der Übertrageranordnung nichts wesentliches. Dies liegt daran, daß der Übertrager mit dem Windungskurzschluß auf beiden Seiten (Leitung und Teilnehmer) einen Kurzschluß darstellt und damit für die Übertragung praktisch bedeutungslos wird. Dadurch verhält sich die Gesamtschaltung so, als wäre dieser Übertrager in der Übertrager-Serienschaltung nicht vorhanden. Die Anzahl der Übertrager in einer zweiseitigen Übertrager Serienschaltung hat jedoch keinen Einfluß auf die hier relevanten Übertragereigenschaften Strom-, Spannungs- und Widerstandsübersetzung - solange mindestens noch ein Übertrager kurzschlußfrei arbeitet. Die, von den Übertragern zu übertragende Leistung verteilt sich gleichmäßig auf alle in Serie geschalteten Übertrager.

Darum müssen bei einem Kurzschluß in einem Übertrager die verbleibenden Übertrager diese Leistung mit übertragen. Bei den hier üblichen geringen zu übertragenden Leistungen ist dies jedoch unkritisch - in einer gewöhnlichen Übertageranordnung muß ein Übertrager ohnehin die gesamte Leistung alleine übertragen. Die Impedanz, mit der ein nicht-sendender Teilnehmer einen Bus belastet, soll generell möglichst hoch sein. Diese Eigenschaft wird dadurch sichergestellt, daß die Schaltungsanordnungen an den teilnehmerseitigen Übertragerwicklungen im nicht-sendenden Zustand möglichst hochohmig ist. Mit elektronischen Bausteinen lassen sich ohne Schwierigkeiten Schaltungen realisieren, deren Widerstand so hochohmig ist, daß die Belastung der teilnehmerseitigen Wicklungen vernachlässigt werden kann. Die Busbelastung entspricht dann praktisch der Serienschaltung der Leerlaufimpedanzen der busseitigen Übertragerwicklungen. In der beschriebenen beidseitigen Serienschaltung der Übertrager ist die Busbelastung im fehlerfreien Fall dann sogar geringer als bei bei einer gewöhnlichen Übertragerkopplung. Sie überschreitet selbst im ungünstigsten Fehlerfall (nur noch ein Übertrager in der Serienschaltung kurzschlußfrei) nicht die Belastung, die eine fehlerfreie gewöhnliche Buskoppleranordnung darstellt.

Bei dem beschriebenen einkanaligen Anschluß der in Serie geschalteten teilnehmerseitigen Übertragerwicklungen muß sichergestellt werden, daß nicht ein Kurzschluß über die gesamte Wicklungs-Serienschaltung hinweg auftreten kann. Bei Empfängerschaltungen, die ja ohnehin hochohmig auszulegen sind, ist dies insbesondere durch Serienwiderstände zwischen den teilnehmerseitigen Übertragerwicklungen und der Empfängerschaltung realisiert werden.

Senderschaltungen müssen beim Senden niederohmig an die Busleitung angekoppelt sein. In spannungsgekoppelten Bussystemen müssen im nicht-sendenden Zustand die Sender jedoch den Bus freigeben. Sie dürfen dann keine nennenswerte Last darstellen. Diese Grundfunktionen der Senderschaltung sind allgemeine Senderfunktionen - unabhängig vom Sicherheitskonzept. Bei den beschriebenen kurzschlußtoleranten und kurzschlußsicheren Übertrager-Leitungsankopplungen muß die Abkopplung des Senders von der Übertragungsleitung jedoch sicher und zuverlässig funktionieren. Darum muß das Schaltelement das diese Trennung bewirkt erhöhten Zuverlässigkeitsanforderungen entsprechen. Ist der Sender eine Stromquelle oder eine Spannungsquelle mit ausreichend hoher Ausgangsimpedanz in den relevanten Frequenzbereichen, dann kann auf die spezielle Schaltfunktion zur Sendertrennung verzichtet werden, da in diesem Fall der Senderausgang bei nicht vorhandenem Sender-Eingangssignal lediglich eine vernachlässigbare hochohmige Last darstellt.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die Wicklungen der Übertrager auf der Teilnehmerseite des Leitungsankopplers ein Viertel einer Brückenschaltung bilden, die in den Teilen Impedanzen hat, mit denen die Brücke so abgeglichen ist, daß ein, in der einen Brückendiagonale durch einen hochohmigen Sendeverstärker eingespeistes Signal zwar die Übertrager beaufschlagen, nicht jedoch den Eingang eines Empfangsverstärkers der die Spannung der anderen Brückendiagonale verstärkt. Der Empfangsverstärker verstärkt darum nur die Empfangssignale, die durch die Übertrager von der Leitung empfangen werden. Diese Anordnung ermöglicht den bidirektionalen Betrieb des Busankopplers. Dabei können Senden und Empfangen gleichzeitig stattfinden. Diese Technik kann aber auch vorteilhaft in Systemen genutzt werden, in denen das gleichzeitige Senden und Empfangen nicht vorgesehen ist. In diesem Fall kann ein sendender Teilnehmer durch den Parallelempfang feststellen, ob er alleine sendet, oder ob fehlerhafterweise auch noch andere Teilnehmer senden.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Variante mit teilnehmerseitiger Serienschaltung der Übertragerwicklungen besteht darin, daß diese Serienschaltung der Übertragerwicklungen durch eine parallel liegende Serienschaltung aus Widerständen zu einer Brückenschaltung ergänzt wird. Die Widerstände in dieser Brücke werden so dimensioniert, daß im fehlerfreien Fall in beiden Brückenzweigen gleiche Spannungsteilerfaktoren vorhanden sind. Dadurch ergeben sich in den den Brückenzweigen diskrete Paare von Schaltungspunkten an denen die Spannungen im fehlerfreien Fall in beiden Brückenzweigen gleich sind. Ein Differenzverstärker, der die Spannung zwischen zwei so zugeordneten Schaltungspunkten vergleicht, liefert im fehlerfreien Fall ein Null-Signal. Bei einem Wicklungskurzschluß in den Übertagerwicklungen wird jedoch die Brücke verstimmt und der Differenzverstärker liefert dann ein anderes Signal, das dadurch die Bedeutung einer Fehlermeldung hat.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, aus dem sich weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Übersichtschaltbild eine Übertrager-Busankoppelanordnung,

Fig. 2 ein Schaltbild mit einer Übertrager-Busankoppelanordnung für den Empfang von Signalen auf dem Bus,

Fig. 3 ein Schaltbild mit einer Übertrager-Busankoppelanordnung und einer teilnehmerseitigen Schaltung für bidirektionalen Betrieb,

Fig. 4 ein Schaltbild mit einer Übertrager-Busankoppelanordnung mit zweikanaliger Ausführung der teilnehmerseitigen Schaltung.

Eine Übertrager-Busankoppelanordnung 1 für den Anschluß eines Teilnehmers 2 an einen elektrischen seriellen Bus 3 mit zwei Adern 4, 5, die verdrillt sein können, enthält zwei Übertrager 6, 7, die gleich ausgebildet sind. Die Übertrager 6, 7 haben gleiche Wicklungen 8, 9, die z. B. als Primärwicklungen bezeichnet werden können. Die in Serie geschalteten Wicklungen 8, 9 sind parallel an die beiden Adern 4, 5 des Busses 3 angeschlossen. Die anderen Wicklungen 10, 11 der Übertrager 6, 7, die als Sekundärwicklungen bezeichnet werden können, sind z. B. einzeln mit je einem Transceiver verbunden. Die gleich ausgebildeten Wicklungen 10, 11 können aber auch in Reihe geschaltet werden. Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist, daß wenigstens zwei Wicklungen wenigstens zweier getrennter Übertrager in Reihe an den Bus angeschlossen sind. Die Übertrager 6, 7 können Signale zwischen dem Bus 3 und dem Teilnehmer 2 bidirektional übertragen. Die Schaltung und die Busleitungen sind so ausgelegt, daß jeweils ein Kurzschluß parallel zum Bus nicht möglich ist. Die geschieht durch konstruktive und schaltungstechnische Ausbildung der Kabel, der Verbindungselemente und der Schaltung.

Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung führt bei Einfachfehlern wie Windungskurzschlüssen an einem Übertrager nicht zu einer Beeinträchtigung der Signalübertragung zwischen den übrigen Teilnehmern. Die Übertrager-Busankoppelanordnung 12 ermöglicht den Anschluß von Stichleitungen auf der Teilnehmerseite des Kopplers. Bei einem Einfachfehler wie einem Windungskurzschluß kann zwar der Teilnehmer, dessen Ankoppelschaltung gestört ist, in machen Fällen nicht mehr den Betrieb mit den übrigen Teilnehmern durchführen, jedoch ist der Bus für die übrigen Teilnehmer nicht gestört.

Der Bus hat mit der erfindungsgemäßen Schaltung eine wesentlich geringere Ausfallwahrscheinlichkeit, da Windungskurzschlüsse nicht zum Ausfall des Busses führen. Da keine Widerstände in den Stichleitungen benötigt werden, sind die Busbelastung und die Verluste geringer, d. h. die höchstzulässige Teilnehmerzahl und der elektrische Wirkungsgrad sind höher.

Die Fig. 2 zeigt eine nur empfangende Übertrager-Busankoppelanordnung 14, die mit einem seriellen Bus 13 verbunden ist. Die Busankoppelanordnung 14 enthält zwei gleiche Übertrager 15, 16, deren Sekundär- und Primärwicklungen in Reihe gelegt sind. Auf der Teilnehmerseite sind in die zu den Wicklungen führenden Leitungen Widerstände 17, 18 angeordnet. Die Leitungen sind mit einem Verstärker 19 verbunden, an den der nicht näher dargestellte Teilnehmer angeschlossen ist. Möglich ist bei reinen Empfängern, d. h. nur in Teilnehmerrichtung verlaufender Signalübertragung auch die Anordnung von Widerständen in der Stichleitung zwischen Bus 13 und Übertragern 15, 16. Die Anordnung der Widerstände auf der Teilnehmerseite der Übertrager 15, 16 ist aber günstiger, weil die auf der Leitungsseite fließenden Ströme um die Magnetisierungsströme der Übertrager größer sind als die Sekundärströme. Selbstverständlich ist hierbei noch das Übersetzungsverhältnis der Übertrager zu berücksichtigen. Bei einem Windungskurzschluß in einem der Übertrager 15, 16 wird die Funktion des Teilnehmers aufrecht erhalten.

In Fig. 3 ist eine Anordnung dargestellt, bei der ein Teilnehmer 21 über einen Übertrager-Bus­ ankoppler 22 mit einem seriellen Bus 20 verbunden ist. Der Busankoppler 22 enthält die beiden Übertrager 23, 24 deren nicht näher bezeichneten busseitige Wicklungen in Reihe geschaltet sind. Die teilnehmerseitigen Wicklungen 25, 26 der beiden Übertrager 23, 24 bilden in Reihenschaltung einen Zweig einer Brückenschaltung, bei der in Reihe mit den Wicklungen 25, 26 eine Impedanz 27 gelegt ist, wodurch die eine Hälfte der Brücke vervollständigt wird. Die andere Hälfte der Brücke besteht aus den in Reihe geschalteten Widerständen 28, 29. Der Widerstand 28 und die Wicklung 25 sind über ein Schaltelement 29 an den Ausgang eines Sendeverstärkers 30 angeschlossen, der ein Bestandteil des Teilnehmers 21 ist. Die vorstehend beschriebene Brücke wird im folgenden auch als "äußere Brücke" bezeichnet.

Die beiden Punkte der Brückendiagonale, d. h. die Verbindungsstellen zwischen den Widerständen 28, 29 einerseits und der Wicklung 26 und der Impedanz 27 andererseits, sind je an einen Eingang eines Differenzverstärkers 33 angeschlossen.

Dies ist der wesentliche Teil der Anordnung zum Signalempfang.

Die Serienschaltung der Wicklungen 25, 26 bildet noch einen Zweig einer weiteren Brücke. Diese weitere Brücke wird im folgenden auch als "innere Brücke" bezeichnet. Der andere Zweig der Brücke wird von zwei in Reihe geschalteten Widerständen 31, 32 gebildet. Die Verbindungspunkte innerhalb der beiden Brückenzweige bilden eine Brückendiagonale und sind an die Eingänge eines weiteren Differenzverstärkers 34 angeschlossen.

Dies ist der wesentliche Teil der Anordnung zur Kurzschlußerkennung.

Das Schaltelement 29 ist fehlersicher, d. h. das Schaltelement ist im Fehlerfall z. B. bei Ausfall der Betriebsspannung offen.

Im Empfangsbetrieb ist das Schaltelement 29 offen. Da die beiden Wicklungen 25, 26 die induzierte Empfangsspannung abgeben, ist die äußere Brücke an der Diagonalen nicht mehr abgeglichen. Deshalb ändert der Differenzverstärker 33 sein Ausgangssignal entsprechend dem empfangenen Signal. Durch Einstellung der Verstärkung des Differenzverstärkers 33 kann der Signalpegel an die nachfolgende Schaltung angepaßt werden. Beim fehlerfreien Empfang geben die beiden Wicklungen 25, 26 gleiche Signale aus, so daß die Spannung an der inneren Brückendiagonalen null ist. Ist jedoch ein Windungskurzschluß an einem der Übertrager 23, 24 vorhanden, dann sind die von den Wicklungen 25, 26 abgegebenen Spannungen ungleich, wodurch eine Spannung an der Brückendiagonalen der "inneren" Brücke ansteht, die den Differenzverstärker 34 zur Abgabe einer Fehlermeldung veranlaßt. Die Verstärkung des Differenzverstärkers 34 wird so eingestellt, daß keine Störsignale, die durch Rauschen entstehen, die nachfolgende Auswerteschaltung beeinträchtigen.

Beim Senden ist das Schaltelement 29 geschlossen. Die "äußere" Brücke ist dabei in Bezug auf die Sendespannung abgeglichen, d. h. der Differenzverstärker 33, gibt ein Aussignal ab, das konstant ist und den fehlerfreien Sendebetrieb anzeigt. Auch die "innere" Brücke ist bezüglich der Brückenspannung abgeglichen. Falls ein Windungskurzschluß an einem Übertrager auftritt, ist der Abgleich der "inneren" Brücke gestört, so daß der Differenzverstärker 34 sein Ausgangssignal ändert, wodurch ein Fehler angezeigt wird. Dieser Einfachfehler stört aber nicht den Sendebetrieb. Die Störung ist sofort lokalisiert und kann behoben werden.

Signale, die durch einen anderen Sender oder durch Reflexionen auf die Leitung gelangen, beeinflussen genau so wie im Empfangsbetrieb die äußere Brücke und erzeugen so ein Empfangssignal am Ausgang des Empfangverstärkers 33. Der Verstärkerausgang kann darum zur Erkennung von Kollisionsfehlern und Reflexionsfehlern - oder bei einer Zweipunktverbindung - zum gleichzeitigen Empfang während des Sendebetriebs benutzt werden.

Die Anordnung gemäß Fig. 3 ermöglicht nicht nur eine Fehlererkennung sondern auch die Unterscheidung verschiedener Arten von Fehlern.

Bei einem Windungskurzschluß wird die innere Brücke verstimmt, d. h. der Differenzverstärker 34 gibt eine Meldung aus.

Im reinen Sendebetrieb treten bei einer Kollision mit einem spannungsgetriebenen fremden Sender ebenso wie bei einer Reflexion durch Leitungsstörungen am Differenzverstärker 33 Signale bzw. Meldungen auf.

Die in Fig. 3 dargestellte Anordnung erlaubt die bidirektionale Datenübertragung, wobei Senden und Empfangen über die gleichen Übertrager stattfindet. Weiterhin ist eine Windungsschlußerkennung möglich. Wenn ein Leitungsfehler vorhanden ist, findet ebenfalls eine entsprechende Anzeige statt, d. h. es ist eine Reflexionserkennung möglich. Eine Kollision mit den Sendesignalen eines fremden Senders verstimmt die "äußere" Brücke, so daß auch in diesem Fall ein Fehler angezeigt wird. Bei einer Zweipunktverbindung ist gleichzeitiges Senden und Empfangen möglich.

Die Fig. 4 zeigt eine Schaltung, die in mehreren Betriebsarten arbeiten kann. An einen Bus 46 ist eine Serienschaltung aus den Primärwicklungen 44, 45 zweier Übertrager angeschlossen. Die Sekundärwicklungen sind mit einem zweikanaligen Transceiver 35 verbunden, dessen zwei Sende-, Empfangsschaltungen 37, 38 je an eine Sekundärwicklung 40, 41 der Übertrager 42, 43 angeschlossen sind.

Der zweikanalige Betrieb kann bei der Anordnung gemäß Fig. 4 durch zwei gleich arbeitende oder durch zwei unterschiedlich arbeitende Kanäle erfolgen.

Bei gleich arbeitenden Kanälen werden im Sendebetrieb in die Wicklungen 40, 41 gleiche Ströme eingeprägt. Die Übertrager 42, 43 sind gleich ausgebildet. Fällt ein Übertrager durch einen Kurzschluß aus, dann wird infolge der Stromeinprägung immer noch der gleiche Strom auf dem Bus 46 übertragen.

Bei verschiedenen Kanälen ergänzen sich die Funktionen der beiden Kanäle gegenseitig. So kann z. B. der Kanal 37 einen Sender enthalten und der Kanal 38 einen Schalter, der die Wicklung 41 des Übertragers im Sendebetrieb kurzschließt. Wenn der Sender nicht senden soll, wird der Schalter im Kanal 38 geöffnet.

Die Empfänger in den Kanälen 37, 38 können - unabhängig von den Senderschaltungen dieser Kanäle - ebenfalls gleich oder unterschiedlich ausgebildet sein.

In der Anordnung gemäß Fig. 4 ist die Schnittstelle zum Teilnehmer einkanalig ausgelegt. Die Anschlußleitungen für das Sendesignal 39, das Empfangssignal 47 und das Umsteuersignal 36 sind nur einmal vorhanden. Ist der Teilnehmer jedoch ebenfalls zweikanalig aufgebaut, dann werden die Schnittstellensignale der beiden Kanäle 37, 38 getrennt zu den betreffenden Kanälen der Teilnehmer geführt.

Claims (10)

1. Übertrager-Leitungsankoppelanordnung für nur sendende, nur empfangende oder für sendende und empfangende Teilnehmer an einer elektrischen Übertragungsleitung zur Informationsübertragung (3, 13, 20, 46) mit wenigstens zwei Adern (4, 5) bzw. einer Ader und einer leitenden Verbindung über Masse, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ankopplung (1) eines Teilnehmers zwischen die Adern (4, 5) eine Serienschaltung aus den Wicklungen (8, 9) von mindestens zwei Übertragern (6, 7) angeschlossen ist.

2. Übertrager-Leitungsankoppelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsankoppelanordnung bei Teilnehmern, die Leitungssignale senden und empfangen, wahlweise für jede der beiden Richtungen getrennt vorhanden ist (14) oder nur einmal gemeinsam für beide Richtungen (21).

3. Übertrager-Leitungsankoppelanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die teilnehmerseitigen Wicklungen (15, 16, 25, 26) der leitungsseitig in Serie geschalteten Übertrager zum Anschluß an eine Sender- und/oder Empfängerschaltung (14, 21) ebenfalls in Serie geschaltet sind.

4. Übertrager-Leitungsankoppelanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die teilnehmerseitigen Wicklungen (40, 41) der leitungsseitig in Serie geschalteten Übertrager an eigene, unabhängig voneinander funktionierende Sender- und/oder Empfängerschaltung angeschlossen sind (37, 38) und daß deren Funktionen gleich sind oder sich ergänzen.

5. Übertrager-Leitungsankoppelanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sendeverstärker (30) in die teilnehmerseitige Übertragerwicklung (10, 11, 25, 26, 40, 41) oder in eine Reihenschaltung dieser Wicklung und gegebenenfalls weiteren Schaltungsbausteinen (27) jeweils eine Spannung einprägt.

6. Übertrager-Leitungsankoppelanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sendeverstärker (30) in die teilnehmerseitige Übertragerwicklung (10, 11, 25, 26, 40, 41) oder in eine Parallelschaltung aus dieser Wicklung und gegebenenfalls weiteren Schaltbausteinen (28, 29, 31, 32) einen Strom einprägt.

7. Übertrager-Leitungsankoppelanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die teilnehmerseitigen Übertragerwicklungen (25, 26) in den Leitungsankoppelanordnungen (22) in Reihe mit einem fehlersicheren Schaltelement (29) an den Ausgang des Sendeverstärkers (30) angeschlossen sind.

8. Übertrager-Leitungsankoppelanordnung nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu der Serienschaltung der teilnehmerseitigen Übertragerwicklungen (25, 26) ein Spannungsteiler (31, 32) gelegt ist, dessen Spannungsteilerverhältnisse den Spannungsteilerverhältnissen der fehlerfreien Wicklungsserienschaltung entsprechen und daß in der so gebildeten Brückenschaltung (25, 26, 31, 32) die Verbindungspunkte, die im fehlerfreien Fall auf gleichem Spannungspotential liegen, so an die Eingänge eines Differenzverstärkers (34) angeschlossen sind, daß dessen Ausgang bei einer, durch Übertragerfehler hervorgerufenen Asymmetrie, ein Fehlersignal bildet.

9. Übertrager-Leitungsankoppelanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Leitungssystemen, in denen zur Erhöhung der Übertragungskanäle mehr als zwei Adern vorgesehen sind, für jeden Übertragungskanal die Übertrageranordnung so ausgebildet ist, daß zwischen zwei beliebigen Adern mindestens die Wicklungen aus zwei verschieden Übertragern in Serie geschaltet sind.

10. Übertrager-Leitungsankoppelanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Adern einem Bus oder einer Zweipunktverbindung zugeordnet sind.