DE2143792B2 - Optoelektronischer Signalubertrager - Google Patents

Description

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hohe Telegrafiergeschwindigkeiten (in einer Größen- zwischen die beiden Eingänge des Operationsverstar-

Ordnung von 20 kBd) geeignet ist. Dabei soll ohne kers OP geschaltet ist und dessen variabler Abgnti

den Einsatz weiterer Bauelemente ein; Signaiisknine mit dem Masseanschluß des Operationsverstärkers

des eingangsseitigen Fehlstroms in einfacher Weise OP verbunden ist. Die optoelektronischen Koppel-

ermöglicht werden, d. h., beim Auftreten eines ein- 5 elemente K1 und K 2, die für die galvanische Tren-

gangsseitigen Fehlstromes soll ein definiertes Poten- nung des Eingangsstromkreises von dem Ausgangs-

tial am Ausgang der Anordnung zur Verfüg jie ste- Stromkreis sorgen, besitzen eingaagsseitig zur Licnt-

hen. ~ erzeugung Lumineszenz-Dioden Dl und Dl und

Erfindnngsgemäß wird diese Aufgabe dadurch ge- ausgangsseitig als lichtgesteuerte Schaltelemente tolöst, daß jedes optoelektronische Koppelelement aus- io todioden PD 1 und PD 2. Dabei sind die Luminis-

gangsseitig eine mit ihrem einen Pol (Anode) mit zenz-Dioden D 1 und D 2 so geschaltet, daß jeweils

dem ihm zugehörigen einen Eingang eines nachge- der leitende Zustand einer Luminiszenz-Diode streng

schalteten Operationsverstärkers verbundene und einer am Eingang E 1, El anliegenden Strompolan-

durch die an ihrem anderen Pol (Kathode) anlie- tat zugeordnet ist. Die Fotodioden PD 1 und PD 2 gende Versorgungsspannung in Sperrichtung vorge- i₅ sind an ihren negativen Polen einmal selbst miteinan-

spannte Fotodiode aufweist, daß der Operaüuiisver- der verbunden und zum anderen an die positive

stärker über mindestens einen rein ohmischen Rück- Spannungsversorgung -*- UB des Operationsverstar-

kopplungszweig derart miteekoppelt ist. daß sein kers gelegt. Darüber hinaus besitzt der Operations-

Ausaangssignal die dem Signal am Eingang des op- verstärker OP noch zwei Mitkopplungswiderstande ^elektronischen Koppelleine η tes entsprechende Po- 20 RM 1 und RM1.

larität aufweist und daß ein Potentiometer zwischen Wird am Fingang El. El ein Stromimpuls empdie beiden Eingänge des Operationsverstärkers ge- fangen, der beispielsweise so gepolt ist, daß der Einschaltet ist. dessen Abgriff an da> gleiche Bezugpo- gang El gegenüber dem Eingang £1 positiv ist.^ so tential (Erde) gelegt ist wie der Masseanschluß des setzt ein solcher Stromimpuls die Diode D 2 in den Operationsverstärkers. ₂₅ leitenden und somit leuchtenden Zustand. Da die Fo-Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind todioden PD 1 und PD 2 durch den Anschluß ihrer zwei eingangsseitig antiparallelgeschaltete. richtungs- negativen Pole an die positive Spannungsversorgung abhängig steuerbare optoelektronische Ko^pelele- + UB des Operationsverstärkers OP in Sperrichtung mente vorgesehen, wobei deren in Spcrrichtune vor- betrieben werden, wird durch das Leuchten der Lueespannte Fotodioden jeweils mit ihren einen >olen ₃₀ miniszenz-Diode D 2 der Sperrwiderstand der Fotomit einem der beiden Eingänge des Operationsver- diode PD 2 kleiner. Dies bedingt zwanglaugig eine stärkers verbunden sind und mit ihren anderen Polen Verringerung des Spannungsabfalls an der Fotodiode an der Versorgungsspannung liegen. PZ) 2 und somit einen Anstieg des positiven Potentials Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfin- an dem positiven Pol der Fotodiode PD 2. Hierdurcn dung zeichnet sich dadurch aus, daß der Operations- ₃₅ wird an dem positiven, d. h. an dem nicht lnvertieverstärker über seine beiden Rückkopplungszweige renden Eineane des Operationsverstärkers UP ur>er derart mitgekoppelt ist. daß sein Ausgangssignal den Widers! -id R1 eine Potentialerhohung bewirkt, standig die dem als letztes aufgetretenen Signa! am worauf sich am Ausgang A des Operationsverstar-F.ineang der optoelektronischen Koppelelemente ent- kers OP die positive Sättigungsspannung f^ms^\ sprechende Polarität aufweist. 40 Die Widerstände Rl und Ri sowie die Dioden ί>υ ι Die Vorteile der erfindungsgemäßen Schaltunesan- und SD 2 haben dabei lediglich die Aufgabe, oen Ordnung liegen darin, daß mit nur einem Potentiome- Eingangsstrom des Operationsverstärkers zu begrtnter sämtliche Unsynmetrien der Gleichstromsignale zen. Wird dagegen an dem Eingang ~l.t. zein stromeliminiert werden, daß zur Signalisierung eines ein- impuls entgegengesetzter Polantat empfangen, so eanasseitigen Fehlstroms die Schaltungsanordnung so 45 wird die Diode D 1 leitend, was zur Folge hat, dab in dimensioniert werden kann, daß am Ausgang ein ein- gleicher Weise der Sperrwiderstand der h-otooioac deutig definiertes Potential anliegt, falls am Eingang PD1 verringert und demzufolge an dem negativen, beispielsweise infolge eines Drahtbruches kein Strom d. h. an dem invertierenden Eingang des uperanonstnehr eingespeist wird, und daß am Eingang des Ope- Verstärkers eine positive Potent.alsteigerung IbewirKt rationsverstärkers durch die Mitkopplungspfade ₅₀ und das Ausgangspotential des ^OP^eratlonsv^_i ^a.^r _a,_t'^S _t Schvvellwerte einstellbar sind, die Störsignale mit nie- OP in die negative Sättigungsspannung umgeschaltet argem Pegel unterdrücken. wird. Die Überfragung der Gleichstromimpulse >on fm einzelnen wird die Erfindung an Hand der in dem Eingang FA. El auf den Ausgang A erfo g<^n-

bii. fl^ ₌SVt"

fm einzelnen wird die Erfindung an Hand gg

den Zeichnungen darstellten Ausführungsbeispie.e f^lg^ssen P

^ gemäß der Erfindung aufgebaute " ^ndT^antätsumkehr

^mit -* ^optoelek- ^^^

r TTi . l dar_Ses,e,Ue Sch,tun_gSanordnun_g S^ ineincr Lage zu liaUen^die Jmje-

cnthilt im wesentlichen zwei optoelektronische Kop- weils zuletzt am Emgang El El du^op™^J™._

pelelemente Kl und Kl, einen den oploelcktroni- sehen Koppeklernente Λ 1 und^ ^"g. _kJ _lunes. sehen Koppelelemcnten Kl und Kl nachgesehalte- 6₅ gnal »geordnet .st sind Ae bei*"^ » _h

ten Operationsverstärker OP sowie ein Potcntiomc- ^^derst^ⁿ.^d,^e ^JJ_n ¹ _p"?_derstande RMl und RM

ter P. "das mit seinen festen Enden zwischen die Aus- diese M'i^k°PP^lun^^'^„sabfalV an diesen Mit-

cän₂e der optoelektronischen Koppciclemcnte bzw. werden die um den Spannungsarm»

kopplungswiderständen verminderten Potentiale ren geringe Sperrschichtkapazität ausgenützt wird

zweier bestimmter Ausgänge A 1 und A 2 des Opera- und außerdem günstige Schaltbedingungen erzielt

tionsverstärkers OP über die Widerstände R 1 bzw. werden.

/?2an die Eingangsklemmen des Operationsverstär- Um den stromlosen Zustand des Eingangskreises

kers OP gelegt. An den Ausgängen A 1 bzw. A 2 des 5 El, El eindeutig am Ausgang A des Operationsver-

Operationsverstärkers OP liegt im Betriebszustand stärkers OP anzeigen zu können, ist es möglich, nur

immer unterschiedliches positives Potential. Dabei einen Mitkopplungswiderstand, beispielsweise RM 2,

hängt dieses unterschiedliche Potential noch derartig einzusetzen, wodurch in diesem Falle bei einem an

von der Ausgangsspannung am AusgangA des Ope- den Eingängen El, E2 auftretenden Fehlstrom am

rationsverstärkers ab, daß beispielsweise bei Anlie- io Ausgang A des Operationsverstärkers OP immer die

gen der positiven Sättigungsspannung am Ausgange positive Sätligungsspannung liegt,

das Potential am Ausgang A 2 relativ stark positiv Da der Operationsverstärker OP in der Regel am

und am Ausgang A 1 schwach positiv ist. Liegt dage- Ausgang A nur gering belastet werden kann, ist

gen am Ausgang A die negative Sättigungsspannung, zweckmäßig eine nachgeschaltete Leistungsver-

so ist umgekehrt das Potential am Ausgang A 1 rela- 15 stärkerstufe V vorgesehen, an deren Ausgang ein Si-

tiv stark positiv und am Ausgang A 2 schwach posi- gnal mit ausreichender Belastbarkeit zur Verfügung

tiv. Um also die Spannung am Ausgang A in eine an- steht.

dere Polarität umzusteuern, muß das schwach posi- Grundsätzlich ist es auch möglich, bestimmte Teile tive Potential an einem der Eingänge des Operations- der in F i g. 1 dargestellten Schaltungsanordnung in Verstärkers OP durch die Ausgangssignale der opto- ao abgewandelter Form zu betreiben. So können die Foelektronischen Koppelelemente Kl bzw. K2 über- todioden PDl und PD2 der optoelektronischen wunden und vergrößert werden. Dadurch ergibt sich Koppelelemente Kl und K 2 auch mit Hilfe der nefür die Signalübertragung eine einstellbare Ansprech- gativen Spannungsversorgung — UB in Sperrichtung schwelle. betrieben werden. In diesem Falle ist es allerdings Grundsätzlich ist bei der Übertragung von Gleich- 25 notwendig, die Fotodioden PD 1 und PD 2 an ihren Stromsignalen das Problem der Signalverzerrung be- positiven Polen miteinander zu verbinden. Weiterhin achtlich. Diese die Übertragungsgeschwindigkeit be- kann das Potentiometer P durch einen entsprechend grenzenden Verzerrungen können in Form von un- dimensionierten Spannungsteiler mit Konstantwiderterschiedlichen Signalamplituden und unterschiedli- ständen ersetzt werden, demzufolge jedoch dann das chen Abständen der positiven und negativen Signal- 30 Teilungsverhältnis des Spannungsteilers nicht mehr flanken auftreten. Da die optoelektronischen Koppel- ohne weiteres nachgestellt werden kann, elemente K 1 und K 2 und der Operationsverstärker In F i g. 2 ist eine aufwandsarme, mit nur einem OP die zu übertragenden Gleichstromsignalc sowohl einzigen optoelektronischen Koppelelement K ausgehinsichtlich der Amplituden als auch hinsichtlich der rüstete Schaltungsanordnung dargestellt, die bis auf Laufzeit zwischen den negativen und der positiven 35 die Verwendung von nur einem optoelektronischen Flanken unsymmetrisch beeinflussen, ist zur Behe- Koppelelement K und bis auf den Einsatz von nur bung dieses Nachteils zwischen die Eingänge des einem Mitkopplungswiderstand RM zur Signalisie-Operationsverstärkers OP, und zwar vor den Vor- rung des eingangsseitigen Fehlstroms mit der in schaltwiderständen R 1 und R 2, ein Potentiometc; P Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung übereinangeschlossen, dessen variabler Abgriff mit dem 40 stimmt. Die Signalübertragung vom Eingangsstrom-Masseanschluß des Operationsverstärkers verbunden kreis £2, £1 zum Ausgang A des Operationsverstärist. Durch dieses Potentiometer P lassen sich in einfa- kers OP erfolgt dabei in der Art, daß die beiden Sicher Weise sämtliche Unsymmetrien der empfange- gnalzustände jeweils dem leitenden bzw. dem genen Eingangssignale, der Schaltzeiten und der über- spernen Zustand dci Diode D zugeordnet sind. Der tragungsfaktoren der optoelektronischen Koppeiele- 45 Einsparung des einen optoelektronischen Koppelelemente und der Mitkopplungswerte, der Offsetströme mentes steht allerdings der Nachteil gegenüber, daß und der Eingangsempfindlichkeit des Operationsver- dadurch die Laufzeitunterschiede zwischen den posistärkers OP auf ein Minimum abgleichen. Durch den tiven und negativen Signalflanken vergrößert werden, Einsatz des Potentiometers P ist es daher möglich, da nun nicht mehr über die fehlende zweite Fotodie Eingangssignale des Operationsverstärkers OP zu 50 diode der richtig dimensionierte sogenannte Aussymmetrieren. Die dabei erreichbare Symmetrierung räumstrom für die Einganstransistoren des Operahinsichtlich der Laufzeitunterschiede wird zweckmä- tionsverstärkers OP zur Verfugung steht. Demzußig am Schaltverhalten des verwendeten Operations- folge bietet sich eine Schaltungsanordnung mit nur Verstärkers orientiert. Beispielsweise lassen sich bei einem optoelektronischen Koppelelement nur für Verwendung eines Operationsverstärkers mit Lauf- 55 nicht extrem hohe Übertragungsgeschwindigkeiten zeiten von einigen Mikrosekunden Laufzeitunter- oder für eine bestimmte Eingangssignalspannung an, schiede von weniger als 1 μδ und somit Übertra- der ein derart dimensioniertes Widerstandsnetzwerk, gungsgeschwindigkeiten von 20 kBd und mehr reali- bestehend aus den eingesetzten reellen Widerständen, sieren. Weiter ist zu beachten, daß die Fotodioden zugeordnet ist, so daß bei dieser Eingangssignalspan- PD 1 und PD 2 der Koppelelemente K1 und K 2 mit 60 nung der Ausräumstrom des Operationsverstärkers einer Sperrspannung betrieben werden, wodurch de- sogleich vorhanden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

2 143 79 1 2 solchen Relais die ankommenden Gleichstronum- Patentanspriiche: pulse in ihrer Leistung vor ihrer Weitergabe verstärken, doch sind mechanische Relais sehr empfindlich

1. Schaltungsanordnung zum Übertragen von gegen äußere Einflüsse, z.B. gegen Feuchtigkeit und Gleichstromsignalen von einem Eingangsstrom- 5 Staub und erfordern daher einen regelmäßigen Warkreis auf einen galvanisch davon getrennten Aus- tungsdienst. Außerdem ist die mit solchen Telegrafengangsstromkreis mittels mindestens eines opto- relais erreichbare Telegrafiergeschwindigkeit, bedingt elektronischen Koppelelements, insbesondere zum durch den mechanischen Aufbau der Relais, auf Ge-Übertragen von Telegrafierzeichen in Fern- schwindigkeiten bis etwa 100Bd begrenzt. Innerhalb schreibvermittlungsanlagen, dadurch ge- io moderner Übertragungssysteme und Vermittlungsankennzeichnet, daß jedes optoelektronische lagen, die mit einer erheblich größeren Telegrafierge-Koppelelement (K) ausgangsseitig eine mit ihrem schwindigkeit arbeiten, ist die Anwendung von meeinen Pol (Anode) mit dem ihm zugehörigen chanischen Relais daher nicht mehr möglich.

einen Eingang (+) eines nachgeschalte ten Opera- Zur Beseitigung dieser Schwierigkeiten sind elek-

tionsverstarkers (OP) verbundene und durch die x₅ tronische Schaltungsarwdnungen bekanntgeworden,

an ihrem anderen Pol (Kathode) anliegende Ver- die praktisch solche mechanischen Relais nachbilden

sorgungsspannung(+ UB) in Sperrichtung vorge- bzw. ersetzen. So ist durch die deutsche Auslege-

spannte Fotodiode (PD) aufweist, daß der upera- schrift 1 265 189 eine Schaltungsanordnung bekannt,

tionsverstärker (OP) über mindestens einen rein bei der zum Übertragen von Gleichstromsignalen von

ohmischen Rückkopplungszweig (A 1. AM) der- ₂₀ einem Eingangsstromkreis auf einen salvanisch da-

art rr.itgekoppelt ist, daß sein Ausgangssigna! (A) _Von getrennten Ausgangsstromkreis Optoelektroni-

die dem Signal am Eingang (£2, £1) des opto- _sch_e Koppelelemente verwendet werden. Durch

elektronischen Koppelelements (K) entsprechende solche Koppelelemente können grundsätzlich Gleich-

Polarität aufweist, und daß ein Potentiometer (P) stromimpulse mit gleicher und mit unterschiedlicher

zwischen die beiden Eingänge (-, -) des Ope- ₂₅ Polarität übertragen werden. Allerdings kann mit

rationsverstärkers (OP) geschaltet ist, dessen Ab- einer solchen Schaltungsanordnung kein eingangssei-

griff an das gleiche Bezugpotential (Erde) gelegt tiger Fehlstrom signalisiert werden, was besonders

ist wie der Masseanschluß des Operationsverstär- hinsichtlich der Überwachung der Betriebsfähiekeit

kers (OP). der Signalleitung von Bedeutung ist. Als Beispiel sei

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, da- ₃₀ hierzu auf die Fernschreibtechnik verwiesen, wo es durch gekennzeichnet, daß zwei eingangsseitig _aus Gründen der Nachrichtensicherheit erforderlich antiparallelgeschnltete. richtungsabhängig "-.teuer- ist, den sendenden Teilnehmer im Fall des Auftrebare optoelektronische Koppelelemente (K 2, tens eines Leitungsbruches, eines Kurzschlusses oder Kl) vorgesehen sind und daß deren in Sperrich- einer anderen Störung unverzüglich am Weitersentung vorgespannte Fotodioden (PD 2, PDl) je- ₃₅ den zu hindern, indem die Auslösung der bestehenweils mit ihren einen Polen mit einem der beiden den Verbindung herbeigeführt wird. Um dies zu erEingänge ( + , -) des Operationsverstärkers (OP) reichen ist es ebenfalls durch die deutsche Auslegeverbunden sind und mit ihren anderen Polen an schrift 1 265 189 bekannt, im Eingangsstromkreis der Versorgungsspannung liegen. des optoelektronischen Koppeielementes ein verzö-

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, da- ₄o gert abfallendes elektromechanisches Relais vorzusedurch gekennzeichnet, daß der Operationsver- hen, das im Falle eines eingangsseitigen Fehlstroms, stärker (OP) über seine beiden Rückkopplungs- der z.B. durch einen Leitungsbruch herbeigeführt zweige (A 1, RM 1 und A 2, RM 2) derart mitge- worden ist, im Ausgangsstromkreis einen Kontakt koppelt ist, daß sein Ausgangssignal (A) ständig betätigt, wodurch ein eindeutig definiertes Potential die dem als letztes aufgetretenen Signal am Ein- 45 an den Ausgang des optoelektronischen Koppeleiegang (£2, £1) der optoelektronischen Koppel- mentes gelegt wird. Diese bekannte Schaltungsanordelemente (K 2, Kl) entsprechende Polarität auf- _nung hat zudem den Nachteil, daß im Falle der weist. Übertragung von Gleichstromsignalen unterschiedlicher Polarität nicht sämtliche Unsymmetrien elimi-

50 niert werden können. Solche Unsymmetrien, die in

Form von unterschiedlichen Amplituden der positiven und der negativen Gleichstromimpulse und in

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsan- Form von unterschiedlichen Übertragungslaufzeiten Ordnung zum Übertragen von Gleichstromsignalen der positiven und der negativen Flanken der Gleichvon einem Eingangsstromkreis auf einen galvanisch 55 stromimpulse auftreten, erzeugen eine erhebliche und davon getrennten Ausgangsstromkreis mittels minde- daher unzulässige Verzerrung der Gleichstromsistens eines optoelektronischen Koppelelementes, ins- gnale. Demzufolge kann auch eine solche Schaltungsbesondere zum Übertragen von Tciegrafierzeichen in anordnung nur für relativ geringe Übertragungsge-Fernschreibvermittlungsanlagen. schwindigkeiten eingesetzt werden. Weiterhin erfor-

Zum Übertragen von Gleichstromsignalen gleicher 60 dert die in der deutschen Auslegeschrift 1 265 189 oder unterschiedlicher Polarität, insbesondere von angegebene Kontrollschaltung zum Signalisieren aus Impulsen und Dauerkriterien gebildeten Fern- eines eingangsseitigen Fehlstrornes einen erheblichen schreibzeichen und Steuerzeichen, von einem Ein- zusätzlichen Aufwand sovohl hinsichtlich der Schalgangsstromkreis, z.B. von einem Leitungsabschnitt, tungstechnik als auch hinsichtlich des Bauelementeauf einen galvanisch davon getrennten Ausgangs- 65 bedarfs.

Stromkreis, z.B. auf einen anderen Leitungsab- Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, in einer

schnitt, ist es bekannt, neutrale oder polarisierte me- derartigen Anordnung die Übertragungsverzerrungen chanische Relais zu verwenden. Zwar kann man mit auf ein Minimum zu begrenzen, damit sich auch für