DE19959982C2 - Verfahren und Anordnung zur Überwachung der Datenübertragung mittels differentiellen Übertragungsverfahren mit Gleichspannungsanteil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Übertragung von analogen oder digitalen Signalen mittels dif­ ferentiellen Übertragungsverfahren mit Gleichspannungsanteil und eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Es sind Verfahren zur Datenübertragung, bei welchen differen­ tielle Übertragungsverfahren mit Gleichspannungsanteilen ver­ wendet werden, bekannt (s. z. B. LVDS Owner's Manual von National Semiconductor oder DE 42 29 175 A1). Diese Verfahren sind wenig störanfällig gegenüber Störungen, die auf beide Übertragungsleitungen in gleicher Weise einwirken.

Bei einer solchen differentiellen Übertragung steuert das zu übertragende analoge oder digitale Signal zwei zueinander entgegengesetzt arbeitende Ausgänge A und AN des Senders.

Für die Übertragung z. B. eines digitalen Signales mit den lo­ gischen Zuständen (0,1) wirkt beispielsweise der Ausgang A als Stromquelle, während der Ausgang AN als Stromsenke dient und umgekehrt. Der Sender stellt den Strom entsprechender Größe und Richtung zur Verfügung, um die Spannung Ud an dem Widerstand R zu erzeugen.

Weiterhin stellt der Sender einen Gleichspannungsanteil Uc bereit. Im Idealfall ist dieser Gleichspannungsanteil Uc von der Übertragung unabhängig und besitzt einen konstanten Wert, der die Symmetrieachse der Augenöffnung am Empfängereingang ergibt.

Im Empfänger wird die Differenz der Eingangsspannungen UE und UEN gebildet. Dieser Spannungsdifferenz entspricht der Wert Ud über dem Widerstand R. Bei der Übertragung von digitalen Signalen wird die Differenz verstärkt und nach einer Schwell­ wert-Entscheidung den logischen Zuständen (0,1) zugewiesen.

Für den beispielhaften Fall der Übertragung eines digitalen Signals erzeugt der Ausgang des Empfängers den logischen Zu­ stand (1), wenn die Differenz der Eingangsspannungen UE und UEN zum Beispiel positiv ist. Bei negativer Differenz der Eingangsspannungen UE und UEN erscheint der logische Zustand (0) am Ausgang des Empfängers.

In Fig. 1 ist eine bekannte Schaltungsanordnung für die Durchführung eines differentiellen Übertragungsverfahrens mit Gleichspannungsanteil dargestellt.

Eine sinnvolle Datenübertragung zwischen Baugruppen ist nur dann möglich, wenn sich der Sender und der Empfänger in ihrem aktiven Betriebszustand befinden.

Häufig tritt jedoch das Problem auf, daß der Sender entweder gar nicht vorhanden(zum Beispiel eine Sendebaugruppe wurde nicht verwendet) oder stromlos (zum Beispiel Sendebaugruppe wurde verwendet, aber ohne Versorgungsspannung) oder im hochohmigen Zustand (zum Beispiel die Ausgänge des Senders sind abgeschaltet) ist.

Dadurch ist kein sinnvoller Bezug zwischen den Eingängen E und EN des Empfängers zum Massepotential gegeben. Da es sich um offene Eingänge handelt, ist ein hochfrequentes Schwingen des breitbandigen Empfängers möglich. Dies kann je nach Ver­ wendung der Daten am Ausgang des Empfängers (z. B. als Takt­ versorgung für eine Baugruppe) bis zur Zerstörung des Empfän­ gers oder der Baugruppe führen.

Zur Vermeidung dieser Nachteile wurde bisher folgendes vorge­ sehen:

• - Der Empfänger wird mit einer Hysterese versehen. Dabei wird die im Empfänger gebildete Differenzspannung einer Schwellwert-Entscheidung mit dieser Hysterese zugeführt.

Nachteilig ist hierbei jedoch, daß der Ausgang des Empfängers nur dann in einem stabilen Zustand bleibt, wenn die diffe­ rentiellen Störungen kleiner als die eingestellte Hysterese ist.

• - Durch einen geeignet gewählten Stromfluß durch den Wi­ derstand R erhält der Empfänger eine Vorspannung.

Auch hierbei bleibt der Ausgang des Empfängers nur dann in einem stabilen Zustand, wenn die differentielle Störung klei­ ner als die eingestellte Vorspannung ist. Außerdem ergibt sich durch die Vorspannung ein von den Daten abhängiger Dif­ ferenzspannungsbetrag |Ud| und damit verbunden ein besseres/­ schlechteres Signal/Rauschverhältnis.

• - Über zusätzliche Steuerleitungen werden Informationen über den Betriebszustand des Senders, (z. B. Sender ist aktiv /Sender ist hochohmig/Sender ist ausgeschaltet/Sender ist nicht angeschlossen) übertragen.

Mit Hilfe dieser Informationen können Vorkehrungen getroffen werden, die ein hochfrequentes Schwingen des Senders unter­ binden und eine mögliche Beschädigung oder Zerstörung dessel­ ben oder der nachfolgenden Baugruppe verhindern.

Die Verwendung solcher zusätzlicher Steuerleitungen verur­ sacht jedoch einen erhöhten Aufwand an Kosten für Material und Installation derselben.

Alle die vorstehend beschriebenden Maßnahmen gewährleisten nicht eine optimale Funktion des Verfahrens bzw. erfordern einen wesentlichen zusätzlichen Aufwand.

Die Erfindung stellt sich deshalb die Aufgabe, die vorstehend beschriebenen Nachteile zu vermeiden und den erforderlichen Aufwand zu minimieren.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der von dem Sender für die differentielle Übertragung erzeugte Gleichspannungsanteil auf der Empfängerseite zur Information über den Betriebszustand des Senders verwendet wird.

Erfindungsgemäß wird der Betriebszustand des Senders auf der Empfängerseite mittels eines Detektors festgestellt. Der De­ tektor steuert bei nicht vorhandenem oder inaktivem Sender den Ausgang des Empfängers so, daß ein vorbestimmter Wert nicht überschritten oder der Empfänger ganz abgeschaltet wird.

Der Detektor wird symmetrisch zwischen den die Spannungsdif­ ferenz im Empfänger erzeugenden Widerstand geschaltet und vergleicht den vom Sender erzeugten Gleichspannungsanteil Uc mit einer Referenzspannung Uref.

Der Detektor kann hierbei als Differenzverstärker mit/ohne Schwellwertentscheider ausgebildet sein, z. B. kann der Detek­ tor aus einem weiteren Empfänger für differentielle Daten­ übertragung oder aus Transistorschaltungen in Form von Bipo­ lar- oder Feldeffekttransistorschaltungen bestehen.

In weiterer Ausbildung der Erfindung kann ein erweiterter De­ tektor an jeder Übertragungsleitung angeschlossen sein, so daß damit die Eingangspannungen jeder Übertragungsstrecke mit einer Referenzspannung des Detektors verglichen und ausgewer­ tet werden, und die Auswertung des Zustandes jeder Leitung wird z. B. einer ODER-Verknüpfung zugeführt, deren Ausgang den Empfänger und/oder andere Baugruppen steuert.

Der Detektor kann hierbei aus zwei Differenzverstärkern mit/­ ohne Schwellwertentscheider und deren ODER-Verknüpfung ausge­ bildet sein, z. B. kann der Detektor aus zwei weiteren Empfän­ gern für differentielle Datenübertragung oder aus Transistor­ schaltungen in Form von Bipolar- oder Feldeffekttransistor­ schaltungen bestehen.

Durch die Erfindung wird ein hochfrequentes Schwingen des Empfängers und nachfolgender Baugruppen unterbunden und eine Beschädigung oder Zerstörung ausgeschlossen. Zusätzliche Steuerleitungen, die über den Betriebszustand des Senders in­ formieren sind nicht erforderlich.

Die Erfindung ist in Form von Schaltkreisen realisierbar oder kann erforderlichenfalls z. B. bei Nachrüstungen als externe Beschaltung mit dem Empfänger verbunden werden.

Die Erzeugung einer Vorspannung am Empfänger wird überflüs­ sig, so daß hierdurch die Abhängigkeit des Differenzspannungs­ betrages |Ud| von den Daten beiseitigt ist.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsan­ ordnung ist in Fig. 2 dargestellt.

Die zu übertragenden Daten sind über den Eingang zwei zuein­ ander entgegensetzt arbeitenden Ausgängen A und AN des Sen­ ders zugeführt und steuern denselben.

Der Sender stellt den Strom entsprechender Größe und Richtung zur Verfügung, um die Spannung Ud an den Widerständen R/2 zu erzeugen. Gleichzeitig stellt der Sender einen Gleichspan­ nungsanteil Uc bereit, der von der Übertragung unabhängig und konstant ist und die Symmetrieachse der Augenöffnung am Emp­ fängereingang ergibt.

Im Empfänger wird die Differenz der Eingangsspannungen UE und UEN gebildet, welche dem Gesamtwert über den Widerständen R/2 entspricht.

Der Detektor ist zwischen die gleich dimensionierten Wider­ stände R/2 geschaltet und belastet symmetrisch die bestehende Übertragungsstrecke und vergleicht die Spannung Uc mit einer Referenzenspannung Uref und steuert den Empfänger. Durch die Belastung ist gewährleistet, daß nur dann ein Gleichspan­ nungsanteil detektiert wird, wenn sich der Sender im aktiven Zustand befindet. Außerdem ist der Differenzspannungsbetrag |Ud| von den Daten unabhängig. Die Referenzspannung ist dabei so zu wählen, daß Störungen des Gleichspannungsanteils Uc nicht zur Unterbrechung der Datenübertragung führen.

Bei nicht vorhandenem oder inaktivem Sender, d. h. wenn dieser abgeschaltet oder hochohmig ist, unterschreitet der Gleich­ spannungsanteil Uc die Referenzspannung Uref. Der Empfänger wird vom Detektor so gesteuert, daß z. B. der Empfängerausgang einen festgelegten Wert ausgibt oder den Empfänger abschal­ tet.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist es möglich, den De­ tektor z. B. als Differenzverstärker mit/ohne Schwellwertent­ scheider einzusetzen z. B. als einen weitereren Empfänger für differentielle Datenübertragung (siehe Fig. 3). Bipolar- oder Feldeffekt-Transistorschaltungen (siehe Fig. 4) sind ebenfalls anwendbar. Bei einer Bipolar-Transistorschaltung ergibt sich z. B. eine "Schwellwert-Entscheidung" bei ca. 0,7 V.

In weiterer Ausbildung der Erfindung kann eine Verbesserung der Störempfindlichkeit gegenüber Störungen des Gleichspan­ nungsanteils Uc erreicht werden, wenn, wie in Fig. 5, die Spannung Uc - Ud/2 jeder einzelnen Übertragungsleitung mit einer Referenzspannung Uref verglichen und ausgewertet wird. Die Auswertung des Zustandes jeder Einzelleitung wird z. B. einer ODER-Verknüpfung zugeführt, deren Ausgang zur Steuerung des Empfängers und/oder anderer Baugruppen verwendet wird.

Der in Fig. 6 dargestellte erweiterte Detektor erkennt eine aktive Datenübertragung auch bei einem Gleichspannungsanteil Uc < 0 V (z. B. durch Störungen hervorgerufen), solange Uc + Ud/2 und überlagernde Störungen die Referenzspannung Uref auf mindestens einer Leitung überschreiten.

Die minimale Referenzspannung Uref muß so gewählt werden, daß Störungen auf jeder Einzelleitung bei nicht vorhandenem oder inaktivem Sender sicher vom Detektor unterdrückt werden.

Claims (11)

1. Verfahren zur Überwachung der Datenübertragung mittels differentiellen Übertragungsverfahren mit Gleichspannungs­ anteil, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Sender für die differentielle Übertragung erzeugte Gleichspannungsanteil auf der Empfängerseite zur Information über den Betriebszustand des Senders verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebszustand des Senders auf der Empfängerseite mittels eines Detektors festgestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor bei nicht vorhandenem oder inaktivem Sender den Empfänger so steuert, daß dessen Ausgang einen vorbe­ stimmten Wert nicht überschreitet oder der Empfänger abge­ schaltet wird.

4. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor symmetrisch zwischen den die Spannungsdiffe­ renz im Empfänger erzeugenden Widerstand geschaltet ist und so den vom Sender erzeugten Gleichspannungsanteil Uc mit ei­ ner Referenzspannung Uref vergleicht.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß der Detektor aus einem Differenzverstärker mit/ohne Schwellwertentscheider besteht.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß der Detektor aus einer Bipolar-Transistorschaltung be­ steht.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß der Detektor aus einer Feldeffekt-Transistorschaltung besteht.

8. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein erweiterter Detektor an jede Übertragungsstrecke an­ geschlossen ist und die Eingangsspannungen jeder Übertra­ gungsstrecke mit der Referenzspannung des Detektors vergli­ chen und ausgewertet werden und die Auswertung des Zustandes jeder Leitung einer ODER-Verknüpfung zugeführt ist, deren Ausgang den Empfänger und/oder andere Baugruppen steuert.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß der Detektor aus zwei Differenzverstärkern mit/ohne Schwellwertentscheider und deren logischen ODER-Verknüpfungen besteht.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß der Detektor aus zwei Bipolar-Transistorschaltungen zur Spannungsüberwachung und deren logischen ODER-Verknüpfungen besteht.

11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, daduch gekennzeich­ net, daß der Detektor aus zwei Feldeffekt-Transistorschaltungen zur Spannungsüberwachung und deren logischen ODER-Verknüpfun­ gen besteht.