DE2306234A1

DE2306234A1 - Verfahren und system zur signalfernuebertragung

Info

Publication number: DE2306234A1
Application number: DE2306234A
Authority: DE
Inventors: Arthur Horton Hammond; George Arthur Watson
Original assignee: AMP Inc
Current assignee: TE Connectivity Corp
Priority date: 1973-01-31
Filing date: 1973-02-08
Publication date: 1974-08-15
Also published as: BE795387A; JPS49115211A; NL7301852A; FR2217870B1; GB1414574A; US3720790A; FR2217870A1

Description

PATENTANWÄLTE

Dr. phil. G.B.HAGEN DipL-Phys. W. KALKOFF

MÜNCHEN 71 (Solln)
Franz-Hals-Straße 21
Tel. (0811) 796213

313^1 München, 4. Februar 1973

sch

AMP Incorporated
Eisenhower Boulevard
Harrisburg, Pa., V. St. A.

Verfahren und System zur Signalfernübertragung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein System zur Signcilfernübertragung.

In der US-PS 3 504 280 ist ein derartiges System beschrieben, das besonders geeignet ist zum Einbau in ein Kraftfahrzeug. Es ist das Ziel des bekannten Systems, die Komplexität herkömmlicher Kabelbäume zu verringern. Im wesentlichen besteht das Bekannte in einem System zum Übertragen von Daten zwischen einer Mehrzahl von Stationen, wobei zumindest eine dieser Stationen eine Sendestation und zumindest eine eine Empfangsstation ist und die Stationen über eine Übertragungsleitung miteinander verbunden sind. Eine Haupttaktgeberschaltung ist mit der Übertragungsleitung verbunden und liefert im Betrieb zeitlich im Abstand aufeinanderfolgende Synchronsignale mit einer ersten Spannung an die Übertragungsleitung und unterteilt die Zeit zwischen den Synchronsignalen in aufeinanderfolgende Periodendauern. Die Taktgeberschaltung liefert wäh- · rend jeder Periodendauer ein Signal mit der erstgenannten Spannung an die Übertragungsleitung, und jede Station weist einen Zähler auf, der bei Eingang eines Synchronsignals zu-

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Bayerische Vereinsbank München 823101 Postscheck 54782

rückgestellt wird und bei Empfang jedes Taktgebersignals eine Zählstelle speichert. Jede Sendestation weist Signalverarbeitungsmittel mit mit der Übertragungsleitung verbundenen Ausgangsmitteln auf, die Spannungssignale liefern, und jede Empfangsstation weist Signalverarbeitungsmittel auf mit mit der übertragungsleitung verbundenen Eingangsmitteln zum Empfang von SpannungsSignalen. Jede Station weist eine mit dem in ihr befindlichen Zähler verbundene Wahlschaltung auf, die so einstellbar ist, daß sie zumindest eine Zählerstelle auswählt, die der der jeweiligen Station zugeordneten Periodendauer entspricht. Jede Sendestation weist eine von der jeweiligen Wahlschaltung gesteuerte Blockier schaltung £\uf, die mit den entsprechenden Signalverarbeitungsmitteln verbunden ist und bewirkt, daß der Ausgang von den jeweiligen Ausgangsmitteln blockiert wird mit Ausnahme bei Auftreten des ausgewählten Zählerstandes, während dessen die Blockierschaltung unwirksam ist; und jede Empfangsschaltung weist eine von der jeweiligen Wahlschaltung gesteuerte Blockierschaltung auf, die mit den entsprechenden Signalverarbeitungsmitteln verbunden ist und bewirkt, daß der Eingang von den jeweiligen Eingangsmitteln blockiert wird mit Ausnahme des Eingangs, der bei dem ausgewählten Zählerstand, während dessen die Blockierschaltung unwirksam ist, auftritt.

Die Übertragungsleitung des oben beschriebenen Systems verwendet eine Signalleitung und eine davon getrennte Taktgeberleitung.

Ein System der eingangs beschriebenen Art kennzeichnet sich gemäß der Erfindung dadurch, daß die übertragungsleitung eine Zwei-Leiter-Übertragungsleitung ist, daß die Haupttaktgebers.chaltung so ausgelegt ist, daß sie jede Zeitdauer in drei aufeinanderfolgende Intervalle unterteilt durch Zuführung eines ersten Signals mit der ersten Spannung an die

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Übertragungsleitung während des ersten Intervalls und Zuführung keines Signals an die Übertragungsleitung während des zweiten Intervalls und Zuführung eines zweiten Signals mit einer zweiten Spannung an die Übertragungsleitung während des dritten Intervalls, daß das Ausgangsmittel der Sendestation mit der übertragungsleitung verbunden ist und Informationssignale an die übertragungsleitung liefert während des zweiten Intervalls der entsprechenden Periodendauer, wenn das jeweilige Blockiermittel unwirksam ist, und daß das Eingangsmittel der Empfangsstation mit der Übertragungsleitung verbunden ist und auf die Informationssignale anspricht, die von der Übertragungsleitung empfangen werden während des zweiten Intervalls der jeweiligen Periodendauer, wenn das jeweilige Blockiermittel unwirksam ist.

Auf diese Weise ist bei der Erfindung keine separate Taktgeberimpulsleitung erforderlich, wodurch die Komplexität der Verdrahtung noch weiter reduziert wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend jinter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:

Figur 1 eine schaubildliche Darstellung eines erfindungsgemäßen Fernschaltsystems}

Figur 2 eine schaubildliche Darstellung einer typischen Spannungswellenform des Übertragungskabels, wie sie bei dem Kabel gemäß Figur 1 auftritt, das die Hauptsteuerstatinn mit den entfernten Stationen verbindet}

Figur 3 eine schematische Darstellung einer Abwandlung eines Teils des Systems von Figur 1;

Figur 4 ein schematisches Schaltbild, das Details der Haupttaktgeberschaltung des Systems von Figur 1 veranschaulicht;

Figur 5 ein schematisches Schaltbild eines in dem System von Figur 1 enthaltenen typischen sendenden Sende-Empfängers; und

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Figur 6 ein schematisches Schaltbild eines in dem

System von Figur 1 enthaltenen empfangenden Sende-Empfangers.

Das in Figur 1 veranschaulichte System weist eine Hauptoder Steuerstation auf, die durch die gestrichelten Umrißlinien 10 angedeutet ist, sowie eine Vielzahl von verteilten entfernten Stationen, die alle mit einer sie verbindenden Übertragungsleitung 12 verbunden sind, die ein aus zwei Leitern bestehendes Kabel sein kann, jedoch bei dieser Ausführungsform ein Koaxialkabel ist. Wenn das System in ein Kraftfahrzeug eingebaut wäre, könnte die übertragungsleitung aus einem einzigen Leitungsdraht bestehen, und das Fahrgestell des Kraftfahrzeugs könnte als Erdrückleitung wirken. Ein Beispiel einer Fernstation ist durch die gestrichelte Umrißiinie 14 angedeutet und weist eine Lampe l6 und ein Empfangselement l8 auf, das die Aktivierung der Lampe steuert.

Eine weitere Fernstation ist durch die gestrichelte Umrißlinie 20 dargestellt und weist einen Lautsprecher 22 auf, einen Empfänger 24, der Signale von dem Kabel 12 empfängt und den Eingang dem Lautsprecher zuführt, einen Schalter 26, der einen Ein-Aus- und Wahlschalter aufweist, sowie einen den Schalter 26 mit dem Kabel 12 verbindenden Sender 28«,

Eine andere Art einer Ferneinheit ist durch die gestrichelte Umrißlinie 30 veranschaulicht, wobei diese Einheit einen Computer 32 umfaßt, dem von einem Empfänger 34 ein Eingang zugeführt wird, wobei der Empfänger 34 seinerseits von dem Kabel 12 Signale empfängt» Der Computer 32 führt seinen Ausgang einem Sender 36 zu, dessen Ausgang wiederum mit dem Kabel 12 verbunden ist.

Die Hauptsteuerstation umfaßt eine Haupttaktgeberschaltung 38, die mit dem Kabel 12 verbunden ist, einen Schaltkasten 40, der Schalter enthält und über einen Sender 42 mit dem

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Kabel 12 verbunden ist, sowie eine Stereotoneinheit 44 (player) mit zwei Ausgängen, die über entsprechende Impulsbreit enmodulationssender 46 und 48 mit dem Kabel 12 verbunden sind.

Weitere den Stationen 14 und 20 ähnliche entfernte Stationen sind mit l4^f und 20' bezeichnet.

Man erkennt aus dem Vorhergehenden, daß die eine Haupttaktgeberschaltung 38 für das gesamte System ausreicht, obwohl in dem Fall, daß das System zu umfangreich wird und das Kabel 12 eine derartige Länge haben muß, daß der Blindwiderstand des Kabels zu einem Problem wird, man zu dem in Figur 3 gezeigten System übergehen kann, bei dem die Haupttaktgeberschaltung 38 das von ihr wegführende Kabel 12 mit der jeweils einen Seite einer Mehrzahl von Nebentaktgeberschaltungen verbindet, von denen zwei bei 50 und 52 gezeigt sind und von denen jede entsprechende Nebenseiten 54 und 56 aufweist, die Spannungsänderungen auf dem Kabel 12 genau verfolgen. Das System kann noch weiter vergrößert werden, indem die Nebentaktgeberschaltungen in der bei 58 und 60 gezeigten Weise kaskadenförmig angeordnet werden.

Gemäß der Erfindung wird eine Anordnung geschaffen, wodurch die Sender und Empfänger an jeder Stelle entlang dem Verteilerkabel angeordnet sein können, und jeder Sender oder Empfänger ist mit einer spezifischen Steuerschlitzbezeichnung versehen. Die jeweiligen Steuerschlitze können beliebig entweder für Analog- oder Digitaldaten verwendet werden. Wie bereits erwähnt, treten die Analogdaten in Form von breitenmodulierten Impulsen auf, während die Digitaldaten die Form von binären Bits haben.

Signale können durch die Verwendung von ODER-Gliedern kombiniert werden, und dadurch kann eine Mehrzahl von Sendern

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dem gleichen Steuerschlitz zugeordnet werden, und jeder einzelne Sender kann dadurch während des entsprechenden Steuerschlitzes ein Signal übertragen.

Die Art und Weise, in der die Steuerschlitze und die dazwischenliegenden Intervalle angeordnet sind, ist in Figur 2 gezeigt. Aufeinanderfolgende Steuerschlitze sind rait I, II und III bezeichnet, und innerhalb jedes SteuerSchlitzes sind drei Intervalle mit 1, 2 und 3 bezeichnet. Man erkennt, daß das Intervall 1 das längste der drei Intervalle ist, aber die Intervalle können relativ zueinander jede gewünschte Länge haben.

An der linken Seite von Figur 2 ist ein Intervall gezeigt, in dem eine bestimmte Spannung, in diesem Fall eine positive Spannung, an dem Kabel aufrechterhalten wird, und zwar für eine Zeitdauer, die größer ist als ein Steuerschlitz. Dies ist der Synchron- oder SYNC-Impuls, der in der Zeichnung mit S bezeichnet ist. Wie die Figur zeigt, verändert sich die Spannung zwischen null und einem bestimmten positiven Niveau, es ist jedoch zu beachten, daß die Spannung auch zwischen null und einem negativen Niveau oder zwei beliebigen Bezugsspannungsniveaus liegend sich verändern könnte, wenn dies gewünscht wird. Die hier gezeigte Spannung ist die an den beiden Leitern des Kabels anliegende Spannung, wobei es keine Rolle spielt, ob es sich um ein Zwei-Leiter-Kabel oder ein Koaxialkabel handelt.

Beginnend mit dem mit I bezeichneten Steuerschlitz sieht man, daß die an dem Kabelleiter anliegende Spannung während der gesamten Dauer des ersten Intervalls 1 positiv ist und daß am Ende des Intervalls 1 die Spannung auf null übergehen kann, wo sie während der Dauer der Intervalle 2 und 3 verbleibt, und zu Beginn des Intervalls 1 des Steuerschlitzes II wiederum positiv werden kann. Die Haupttaktgeberschaltung

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steuert die Spannung während des Intervalls 2 nicht unmittelbar, steuert sie jedoch während des Intervalls 3· Die Steuerung der Spannung während des Intervalls 2 wird durch ein zu übertragendes Signal bewirkt. Während des Steuerschlitzes I wird kein Signal übertragen, und die Spannung im Intervall 2 des Steuerschlitzes I ist null. Bei der Übertragung von analogen oder digitalen Daten würde dies eine "O" bezeichnen.

Bei dem Steuerschlitz II sieht man, daß die Kabelspannung während des gesamten Intervalls 2 positiv bleibt, was die Übertragung einer "1" zu oder von der entfernten Station bedeutet.

Während des Steuerschlitzes III wird analoge Information übertragen, uni man erkennt, daß die Spannung des Kabels nur während eines Teils des Intervalls 2 positiv ist und daß während des verbleibenden Intervalls 2 die Spannung des Kabels null ist. Der Teil des Intervalls 2, während dessen das Kabel positive Spannung hat, stellt die zu übertragende Information dar. Fijur 4 veranschaulicht das Schaltbild der Haupttaktgeberschaltung. In dieser Schaltung ist eine Spannungsquelle an verschiedenen Stellen in der Schaltung mit +V bezeichnet, und an der Klemme Nl in der Schaltung wird

V eine genaue Gleichspannung von etwa +— aufrechterhalten durch die zwischen die Klemme Nl und Erde und parallel mit einem stabilisierenden Kondensator Cl geschaltete Zenerdiode Z.

Die Transistoren Ql, Q2, Q3 und Q4 in Figur 4 bilden einen Multivibrator, dessen Ausgangssignal an der Klemme N2 Erdpotential hat infolge des leitenden Zustandes des Transistors Q4 während des ersten Intervalls jedes Steuerschlitzes und infolge des Nichtleitens von Q4 positiv wird während des zweiten und dritten Intervalls jedes SteuerSchlitzes.

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Die Klemme N2 ist mit der Eingangslclemme eines 512 Stellen aufweisenden Zählers 70 verbunden, der aus neun in Reihe geschalteten Flip-Flops 71 besteht. Der Zähler verändert seinen Zustand zu Beginn des ersten Intervalls jedes Steuerschlitzes, d. h. wenn die Klemme N2 nach Erde geht.

Der Transistor Q5 ist ebenfalls mit der Klemme N2 verbunden und invertiert den Multivibratorausgang, der dieser Klemme zugeführt wird. Der Transistor Q5 ist steuernd mit einer die •Transistoren Q6 und Q7 aufweisenden monostabilen Stufe verbunden. Diese Stufe erzeugt an der Klemme N4 ein Signal, das während des ersten und zweiten Intervalls jedes Steuerschlitzes positiv wird und während des dritten Intervalls jedes SteuerSchlitzes nach Erde geht.

Die aus den Transistoren Q8-QI3 bestehende logische Schaltung erzeugt an der Klemme N5 ein Signal, das positiv ist, wenn die Haupttaktgeberschaltung das Kabel in positiven Zustand steuert, und negativ ist, wenn die Haupttaktgeberschaltung das Kabel nicht in positiven Zustand steuert.

Die Transistoren Ql*t-Ql7 steuern unmittelbar das Treiben des Kabels durch Steuerung der Spannung an einer Klemme NO, die mit dem Kabel 12 verbunden ist, dessen Abschirmung I3 mit Erde verbunden ist. Diese Klemme wird positiv, wenn der Transistor QI6 in den leitenden Zustand übergeht, es sei denn, daß zu diesem Zeitpunkt der Transistor Q17 ebenfalls im leitenden Zustand ist. Die Leitfähigkeit von QI7 steht unter der Steuerung der Spannung an der Klemme N7, und wenn diese Klemme und die Klemme N5 beide nach Erde gehen, wird das Kabel von der Haupttaktgeberschaltung in keiner Richtung gesteuert.

Die die Transistoren QI8 und QI9 aufweisende Schaltstufe ist ein Grenzwertdetektor, der die Kabelspannung abtastet

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und bestimmt, ob diese oberhalb oder unterhalb der an der Klemme Nl anliegenden Referenzspannung liegt. Die Transistoren Q20 und Q21 bilden eine Blockierstufe, die verhindert, daß das Kabel von der Haupttaktgeberschaltung nach Erde gesteuert wird während des zweiten Intervalls eines Steuerschlitzes, bis ein noch zu beschreibender Sendetransistor die Kabelspannung auf einen Pegel gesteuert hat, der unterhalb des Pegels der an der Klemme Nl liegenden Referenzspannung liegt.

Die Haupttaktgeberschaltung weist eine Anordnung auf zur periodischen Ausbildung des SYNC-Impulses; Anordnungen dieser Art sind bekannt und weisen einen Zähler auf, so daß der SYNC-Impuls nur auftritt, nachdem eine bestimmte Anzahl der Zeitdauern oder Steuerschlitze, deren Anzahl zumindest gleich der Anzahl von entfernten Stationen ist, abgelaufen ist. Jedes SYNC-Signal bringt die empfangenden Sende-Empfänger und die sendenden Sende-Empfänger in exakte Synchronisation mit der Haupttaktgeberschaltung, so daß die zugeordneten entsprechenden Steuerschlitze während des Intervalls zwischen aufeinanderfolgenden SYNC-Impulsen abgezählt werden können.

Figur 5 veranschaulicht einen typischen sendenden Sende-Empfänger. Es ist die Funktion dieses Senders, den im zugeordneten Steuerschlitz zu identifizieren und während des zweiten Intervalls des entsprechenden Steuerschlitzes Daten auf das Kabel zu geben. Das oben erwähnte und in der Haupttaktgeberschaltung erzeugte Synchronsignal wird in jedem Sender nachgewiesen und dazu verwendet, einen Binärzähler riickzustellen, der dann die Steuerschlitze, die dem Kabel durch die unter der Steuerung der Haupttaktgeberschaltung stehenden Stufen zugeführt werden, zählt, indem"er die zu Beginn des ersten Intervalls jedes Steuerschlitzes auftretenden positiv werdenden Übergänge zählt. Wenn der Zähler die

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vorgewählte Zählung erreicht hat, die dem dem entsprechenden Sender zugeordneten Steuerschlitz entspricht, wird der Sender wirksam mit dem Kabel verbunden.

Während des zweiten Intervalls des entsprechenden Steuerschlitzes führt die unter der Steuerung der Haupttaktgeberschaltung stehende Stufe dem Kabel, kein Signal·, zu. Wenn eine digitale "0" übertragen werden soll, bewirkt der Sender, daß das Kabel zu Beginn des genannten zweiten Intervalls nach Erde geht, was durchgeführt werden kann, weil die Schaltung in der Hauptsteuerstation dem Kabel kein Signal zuführt, sondern die Leiter des Kabels wirksam elektrisch voneinander isoliert hat.

Wenn eine digitale "1" übertragen werden soll, liefert der Sender kein Signal an das Kabel, so daß das Kabel nicht auf Erdpotential geht,und das Kabel wird erst am Ende des zweiten Intewalls nach Erde gehen, wenn die Hauptsteuerstation dessen Steuerung wieder aufnimmt und ein Signal des Spannungswertes null an das Kabel liefert. Wenn analoge Daten übertragen werden sollen in Form eines breitenmodulierten Impulses, so bewirkt der Sender ein Nach-Erde-Gehen des Kabels zu einem Zeitpunkt während des zweiten Intervalls, der der zu übertragenden Analoginformation proportional ist. Aus praktischen Gründen ist ein Leiter des Kabels an Erde gelegt, und das Spannungsniveau des anderen Leiters ist so eingestellt, daß dem Kabel Signale zugeführt werden können. Im Fall eines Koaxialkabels ist die Abschirmung an Erde gelegt. Es ist daher in der Beschreibung zu beachten, daß ein dem Kabel zugeführtes Signal einer bestimmten Spannung die Spannung des Signals zwischen den Kabelleitern bildet.

In Figur 5 ist das Kabel zwischen Erde und. eine Klemme NlO geschaltet. Die Abschirmung oder der Außenleiter 13 des Kabels ist geerdet, und der Mittelleiter 12 ist mit der Klemme

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NlO verbunden. Die positive Seite der Diode Dl ist mit der Klemme NlO verbunden, wobei ein Kondensator C2 die negative Seite der Diode Dl mit Erde verbindet. Die Diode Dl gestattet eine Aufladung des Kondensators C2, wenn das Kabel positiv wird, so daß Betriebeenergie für den Sende-Empfänger vorhand en ist.

Die Klemme NIl ist über einen Widerstand mit einer Klemme N12 verbunden, und zwischen der Klemme N12 und Erde liegt eine Zenerdiode Z2, die eine Bezugsspannung bildet, welche auf einem von der der Klemme NIl zugeführten Energie unabhängigen Niveau gehalten wird.

Die Transistoren Q22, Q23 und Q24 bilden einen Grenzwertdetektor, der feststellt, wenn das Kabel entweder in positive Richtung oder nach Erde gesteuert wird. Wenn das Kabel in positive Richtung gesteuert wird, geht die mit dem Kollektor von Q24 verbundene Klemme NI3 nach Erde infolge des leitenden Zustandes von Q24, und wenn das Kabel nach Erde gesteuert wird, ist Q24 nichtleitend, und die Klemme NI3 wird positiv infolge ihrer Verbindung mit einer positiven Spannungsquelle V über einen Widerstand.

Die Transistoren Q25 und Q26 bilden eine monostabile Stufe, die die Zeitdauer mißt, während welcher das Kabel positiv ist| wenn das Kabel während einer Zeitdauer positiv ist, die länger ist als ein Steuerschlitz, der nur bei Vorliegen eines SYNC-Signals auftritt, ladt sich der Kondensator C2 so weit auf, daß der Transistor Q26 leitend wird und dadurch bewirkt, daß die Klemme Nl4 auf Erdpotential übergeht. Die Klemme Nl4 ist mit den Rückstellklemmen eines allgemein mit

80 bezeichneten Zählers verbunden, der aus neun Flip-Flops

81 besteht. Nach dem Rückstellen des Zählers bewirken positiv werdende Übergänge des Kabels, die an der Klemme NI3 angezeigt werden, daß der Zähler zu zählen beginnt. Der posi-

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tiv werdende Übergang tritt zu Beginn jedes Steuerschlitzes auf, wenn die unter der Steuerung der Haupttaktgeberschaltung stehende Schaltung das Kabel während des ersten Intervalls jedes Steuerschlitzes in positive Richtung steuert.

Jedes Flip-Flop des Zählers besitzt ein Paar von Klemmen Tl und T2, und den Klemmen ist ein Wahlschalter S zugeordnet, der in Kontakt mit jeder der genannten Klemmen bewegt werden kann, und jeder Schalter S ist über eine entsprechende Diode D2 mit einem zur Basis eines Transistors Q3O führenden Leitungsdraht verbunden.

Die Schalter S werden verwendet zur Auswahl des dem entsprechenden Sende-Empfänger zugeordneten Steuerschlitzes. Es ist auch möglich, andere bekannte Wahlvorrichtungen und Schaltanordnungen zu verwenden. Jeder Schalter S kann auch eine zentrale Stellung haben, in der er mit keiner der Klemmen Tl oder T2 verbunden ist, und in diesem Fall sind dem entsprechenden Sende-Empfänger mehrere Steuerschlitze zugeordnet.

Im Betrieb wird der Transistor Q3O während jedes Steuerschlitzes mit Ausnahme des dem entsprechenden Sende-Empfänger zugeordneten Steuerschlitzes in den leitenden Zustand gesteuert. Wenn der Zähler zu dem zugeordneten Steuerschlitz hochzählt, wird die positive Vorspannung an der Basis des Transistors Q3O unterbrochen, und der Transistor hört auf zu leiten, wodurch die Basis eines Transistors Q31 von Erde gelöst wird. Die Klemme Nl6 ist die den Kollektor des Transisotrs Q3QI und die Basis des Transistors Q31 verbindende Klemme und ist außerdem mit einer Datenschalterzunge DS verbunden. Diese Schalterzunge kann in Kontakt mit einer an eine positive Spannungsquelle angeschlossenen Klemme 82 bewegt werden, so daß, wenn der Transistor Q30 aufhört zu leiten, der Transistor Q31 leitend wird» Wenn jedoch die Zunge

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in Kontakt mit der geerdeten Klemme 84 gelangt, geht der Transistor Q3I nicht in den leitenden Zustand über, wenn der Transistor Q30 aufhört zu leiten. Durch Einstellung der Schalterzunge DS kann eine ¹¹I" oder eine "0" selektiv gewählt werden.

Wenn also die Schalterzunge Kontakt mit der Klemme 82 bildet, wird eine "0" übertragen, und wenn die Schalterzunge Kontakt mit der Klemme 84 bildet, wird eine "1^H übertragen.

Der Kollektor des Transistors Q31 ist über einen Widerstand mit der Klemme NlO verbunden, und während des zweiten Intervalls des entsprechenden Steuerschlitzes bleibt, wenn der Transistor Q31 nicht in den leitenden Zustand übergeht, das Kabel positiv, wogegen es auf Erdpotential übergeht, wenn der Transistor Q.3I in den leitenden Zustand übergeht. Wie im Zusammenhang mit Figur 2 erklärt ist, wird, wenn das Kabel nach Erde geht, eine "0" übertragen, und eine "1" wird über- · tragen, wenn das Kabel nicht nach Erde geht.

Es wird nochmals auf Figur 4 Bezug genommen. Ein tffbergang der Kabelspannung nach Erde wird von dem aus den Transistoren QI8 und QI9 bestehenden Ä'Grenzwertdetektor nachgewiesen, der bewirkt, daß die der Haupttaktgeberanordnung zugeordnete Schaltung das Kabel nach Erde steuert, sobald ein sendender Sende-Empfanger eine Vorspannung des Kabels nach Erde bewirkt hat.

Die Schalterzunge DS kann eine dritte Kontaktstellung mit einer Klemme 86 einnehmen, welche zu dem Kollektor eines Transistors Q28 führt. Die aus den Transistoren Q27 und Q28 bestehende Stufe dient dem Zweck, analoge Information in Form eines impulsbreitenmodulierten Signals zuzuführen. Der Transistor Q27 ist ein Spannungsverstärker, dessen Ausgang an der Klemme N15 der Basis des Transistors Q28 zugeführt wird

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zur Steuerung von dessen Kollektorstrom, und die Basis
des Transistors Q27 ist mit einem Analogeingang 87 verbunden. Der Kollektorstrom vom Transistor Q28 lädt einen Kondensator Ck auf, und wenn die Schwe11enspannung der Basis-Emitter-Strecke des Transistors Q3I erreicht ist, geht Q3I in den leitenden Zustand über und steuert das Kabel nach
Erdpotential. Die die Transistoren Q26 und Q27 enthaltende Schaltung kann daher für die Modulation der Kabelspannung
sorgen, wie dies in dem Steuerschlitz III von. Figur 2 gezeigt ist, in dem der positive Teil des zweiten Intervalls die übertragene Information darstellt.

Die in Figur 6 gezeigte Schaltstufe des empfangenden Sende-Empfängers ist zum Teil mit der des sendenden Sende-Empfängers identisch. Die Teile der Schaltung von Figur 6, die
mit denen der Schaltung von Figur 5 identisch sind, sind
mit den gleichen Bezugszeichen unter Hinzufügen von "a"
bezeichnet.

In Figur 6 ist das Kabel zwischen Erde und die Klemme NlOa geschaltet und weist die gleichen Transistoren Q21a, Q22a
und Q23a sowie die Transistoren Q2^a und Q25a und einen
Zähler 80a in Form von neun Flip-Flops 8la auf, wobei jedes der Flip-Flops entsprechende Ausgangsklemmen TIa und
T2ä hat sowie eine entsprechende Wahlschalterzunge Sa, die die positive Seite der entsprechenden Diode D2a speist.

Die negativen Seiten der Dioden D.2a sind mit der Basis eines Transistors Q33 verbunden, der wie im Fall des Transistors Q3O von Figur 5 während des Auftretens von nicht zugeordneten Steuerschlitzen leitend ist und nur während des Auftretens des zugeordneten SteuerSchlitzes nichtleitend wird. Wenn Q33 leitend ist, wird die Klemme N20 auf Erdpotential gehalten, und der Eingang des Taktgeberimpulses an das RS-Flip-Flop bei 90 ist blockiert. Wenn jedoch während des

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zugeordneten Steuerschlitzes der Transistor Q33 nichtleitend ist, steht die Klemme N20 unter der Steuerung der Spannung am Kollektor des Transistors Q32. Im ersten Intervall des entsprechenden Steuerschlitzes, wobei das Kabel positiv ist, wird der Transistor Q32 in den leitenden Zustand getrieben, und die Klemme N20 ist geerdet. Während des dritten Intervalls des entsprechenden Steuerschlitzes ist das Kabel immer geerdet, und Q32 ist nichtleitend, und die Klemme N20 geht in den positiven Zustand über. Zu Beginn jedes Steuerschlitzes geht das Kabel in den positiven Zustand über und bewirkt ein Leitendwerden von Q32, so daß die Klemme N20 nach Erde zurückkehrt, und dieser negativ werdende Übergang von I\^T20 dient als Taktimpuls für das RS-Flip-Flop 9O.

'fj Q.35 und Q36 bilden eine monostabile Stufe zur Datenauswertung, und diese Stufe steuert die Klemmen N21 und N22. Die an N21 erscheinenden Spannungen finden ihr Komplement an N22 und umgekehrt. Diese Information wird durch den an der Klemme N20 erscheinenden Taktgeberimpuls in das Flip-Flop 90 eingetastet. Die Information wird in dem Flip-Flop gespeichert, bis der nächste Steuerschlitz auftritt und-' wiederum Informationen das Flip-Flop gegeben wird. Das digitale Ausgangssignal von dem Flip-Flop 90 erscheint an der Klemme N23.

Die aus den Transistoren Q3^» Q35 und Q36 bestehende monostabile Stufe weist die Daten in folgender Weise nach. Während des ersten Teils des dem entsprechenden empfangenden Sende-Empfängers zugeordneten Steuerschlitzes ist das Kabel positiv, und Q34 ist leitend und entlädt den Kondensator C5, der zwischen den Kollektor von Q3^ und Erde geschaltet ist, nach Erde. Während des dritten Intervalls des entsprechenden Steuerschlitzes liegt das Kabel an Erde, Q34 leitet nicht, und der Kondensator kann sich auf die Bezugsspannung V aufladen, die mit dem Kondensator und dem Kollektor von verbunden ist. Wenn eine digitale "O" auf dem Kabel übertragen

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wird, liegt das Kabel während des zweiten Intervalls des Steuerschlitzes auf Erdpotential, und der Kondensator hat ausreichend Zeit, die Schwellenspannung der Basis-Emitter-Strecke des Transistors Q35 zu überschreiten, was bewirkt, daß am Ende des entsprechenden Steuerschlitzes Q35 leitend und Q36 nichtleitend sind. . , .

Wenn jedoch auf dem Kabel eine digitale "1" übertragen wird, ist das Kabel während des zweiten Intervalls des Steuerschlitzes positiv, und der Kondensator C5 hat nicht ausreichend Zeit zum Überschreiten der Schwellenspannung der Basis-Emitter strecke von Q35, und der Transistor Q35 ist nichtleitend und der Transistor Q36 leitend, und eine digitale "1" wird in dem F^-ip-Flop 90 gespeichert, wenn die Spannungen bei N21 und N22 durch den Taktgeberimpuls von der Klemme N20 in das Flip-Flop eingetastet werden. Die dem Flip-Flop 90 zugeführte digitale Information erscheint an der Klemme N23 und kann für jeden gewünschten Zweck verwendet werden, beispielsweise zum Ein- oder Ausschalten eines Schalters oder zum Eingeben von Informationen einen Computer oder für irgendeinen anderen Zweck. Im Fall der Schaltung von Figur ist es offensichtlich, daß die Information von dem Kabel zu dem Empfänger übertragen wird im Gegensatz zu der Schaltung von Figur 5» wo die Information von dem Sender zu dem Kabel übertragen wurde.

Wenn auf dem Kabel während des dem entsprechenden empfangenden Sende-Empfängers zugeordneten Steuerschlitzes analoge Information übertragen wird, wird diese nachgewiesen und verarbeitet in der aus den Transistoren Q37» Q38, 0.39, Q4O und Q4l bestehenden Stufe und als Analogausgang der Klemme N26 zugeführt. Die Schaltung arbeitet in der folgenden Weise! Das Signal an dex- Klemme N20 ist ein positiv werdender Impuls, der während des zweiten Inter-valls des dem Empfänger zugeordneten Steuerschlitzes erscheint und dessen Impuls-

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breite proportional ist der übertragenen analogen Spannung.

Dies wurde bereits im Zusammenhang mit Figur 5 besprochen, wo die Transistoren Q26 und Q27 analoge Information verarbeiten und die Breite eines Ausgangsimpulses in Übereinstimmung mit der Information modulieren. Der genannte Impuls in der Schaltung von Figur 6 wird geformt durch die aus den Transistoren Q37, Q38 und Q39 bestehende Stufe, so daß an der Klemme N24 ein Signal gebildet wird. Das Signal an der Klemme N24 hat die gleiche Breite wie der Impuls an der Klemme N20 und hat als Grenzwerte die mit dem Kollektor von Q38 verbundene Bezugsspannung und das mit dem Kollektor von Q39 verbundene Erdpotential.

Die Wellenform an der Klemme N24 kann als Näherungswert einer Reihe von Impulsfunktionen betrachtet werden. Der Frequenzgehalt dieser Wellenform für Frequenzen unterhalb des Nyquist-Stabilitätskriteriums ist angenähert an den entsprechenden Frequenzgehalt des übertragenen Analogsignals. Die auf die Klemme N24 folgende, aus den Transistoren Q4O und Q4l bestehende Schaltung ist ein Zweistufen-Tiefpaßfilter, das zur Dämpfung von Frequenzen oberhalb des Nyquist-Stabilitätskriteriums ausgelegt ist, wobei das gefilterte Signal als analoger Ausgang an der Klemme N26 erscheint.

In Figur 1 sieht man, daß die Hauptsteuerstation 10 beispielsweise einen Sender 42 und damit verbundene Schalter bei 40 aufweist. Dieser Teil der Hauptsteuerstation könnte beispielsweise digitale Signale senden, die das Öffnen und Schließen von Schaltern für Lampen u. ä. bewirken. Andererseits würde die Stereotoneinheit 44 in der Hauptsteuerstation über ihre Sender 46 und 48 breitenmodulierte Impulse an das Kabel liefern.

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Die bei 3O gezeigte entfernte Station, die einen Computer bildet, würde möglicherweise von dem Kabel über ihren Empfänger 3^ digitale Daten empfangen und über ihren Sender 36 digitale Daten an das Kabel zurückleiten.

Einige der bedeutenden Merkmale des erfindungsgemäßen Systems werden kurz wie folgt charakterisiert:

1) Sender und Empfänger können an jeder Stelle entlang dem Kabel angeordnet sein. Steuerschlitzbezeichnungen sind mit jedem Sende-Empfanger verbunden. .

2) Steuerschlitze können in gleicher Weise sowohl für analoge als auch digitale Daten verwendet werden. Die Binärsigneile werden dargestellt durch die Extreme des analogen Impulsbreitenmodulationsbereiches«,

3) Die Kanalkapazität variiert umgekehrt zur Kabellänge. Unter der Annahme von 200 Sender-Schaltern und ' 5O pf /30 cm Kabel (50 pf/ft) ist die Kapazität 20,000 Steuerschlitze pro Sekunde für 330 m Kabel.

4) Signale können durch die Verwendung von ODER-Gliedern kombiniert werden, indem dem gleichen Steuerschlitz eine Mehrzahl von binären Sendern zugeordnet wird. Jeder dazugehörige Sender kann das Kabel nach Erde treiben«

5) Sender treiben das Kabel nicht in den negativen Zustand, sondern nur nach Erde. Wenn sich das Kabel auf dem halben Weg zu Erdpotential befindet_s übernimmt ein Haupt- oder Nebentaktgeber die weitere Steuerung auf Erdpotential. Der Ausgangstreiber für einen Sender ist daher ein mittlere

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Impedanz (200/) aufweisender MOS-Schalter nach Erde. Ein Sender, der Störimmunität verlangt, kann während des Sendens einer EINS eine Impedanz an die Leitung anschalten.

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6) Es ist den Sende-Empfängern möglich, ihre Betriebsenergie (nicht die Eelastungsenergie) von dem Kabel zu entnehmen. Das Kabel wird durch Treiber mit niedriger Im_pedanz für mindestens 20 % eines Arbeitszyklus in negative Richtung gesteuert.

7) Ein Sende-Empfänger kann den ihm zugeordneten Steuerschlitz feststellen durch Zählen negativer Übergänge der Leitung. Der SYNC-Impuls wird verwendet, um einen Modul-N-Zähler in dem Sende-Empfänger in einen seinem Steuerschlitz entsprechenden Zustand zu bringen. Der Steuerschlitz wird angezeigt, wenn der Zähler einen Bezugszustand durchläuft. Der Kabelsignalimpuls in dem Sende-Empfänger kann zur Identifizierung des SYNC-Impulses verwendet werden.

8) Ein Binärsender kann seinen Treiber auf das Kabel umschalten zu Beginn des zugeordneten Steuerschlitzes. Der Haupt- oder Nebentaktgeber hält das Kabel bis zu dem 20 Yo-Punkt negativ. Außer zur Identifizierung des SYNC-Impulses braucht ein binärer Sender keine interne Bezugszeit zu erzeugen.

9) Ein binärer Empfänger kann Daten lesen durch Mitteln der Kabelspannung zwischen negativen Übergängen. Eine NULL liegt im Durchschnitt über, eine EINS im Durchschnitt unter dem MitteDponkt der Kabeltreib er spannungen.

10) Sende-Empfänger, die einen auf das Kabel synchronisierten örtlichen Taktgeber benötigen, können ihre Phase starr mit dem negativen Übergang des Kabels koppeln.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche

rl/ System zur Datenübertragung zwischen einer Vielzahl von Stationen, von denen zumindest eine eine Sendestation und zumindest eine eine Empfangsstation ist, wobei die Stationen über eine Übertragungsleitung miteinander verbunden sind und eine Haupttaktgeberschaltung mit der Übertragungsleitung verbunden ist und zeitlich im Abstand aufeinanderfolgende Synchronsignale mit einer ersten Spannung an die Übertragungsleitung liefert und die Zeit zwischen den Synchronsignalen, in aufeinanderfolgende Zeitdauern unterteilt und wobei die Taktgeberschaltung der Übertragungsleitung während jeder Zeitdauer ein Signal mit der ersten Spannung zuführt und jede Station einen Zähler aufweist, der bei Eintreffen eines Synchronsignals rückgestellt wird und bei Eintreffen jedes Signals eine Zählstelle zählt und wobei jede Sendestation Signalverarbeitungsmittel aufweist mit mit der Übertragungsleitung verbundenen Ausgangsmitteln zur Lieferung von Spannungssignalen und jede Empfangsstation Datenverarbeitungsmittel aufweist mit mit der Übertragungsleitung verbundenen Eingangsmitteln zum Empfang von Spannungssignalen und Wahlmittel in jeder Station mit dem darin befindlichen Zähler verbunden sind und so einstellbar sind, daß sie zumindest eine der der jeweiligen Station zugeordneten Zeitdauer entsprechende Zahl auswählen, und wobei in jeder Sendestation Blockiermittel unter der Steuerung der jeweiligen Wahlmittel vorgesehen und mit den entsprechenden Signalverarbdtungsmitteln verbunden sind und bewirken, daß der Ausgang von den jeweiligen Aüsgangsmitteln blockiert wird mit Ausnahme bei Auftreten der ausgewählten Zahl, während der die Blockiermittel unwirksam sind, und wobei in jeder Empfangsstation Blockiermittel unter der Steuerung der jeweiligen Wahlmittel vorgesehen und mit den jeweiligen Signalverarbeitungsmitteln verbunden sind und bewirken, daß der Eingang von den jeweiligen

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Eingangsmitteln blockiert wird außer bei Auftreten des ausgewählten Zählstandes, während dessen die Blockiermittel unwirksam sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsleitung eine Zwei-Leiter-Übertragungsleitung (12) ist, daß die Haupttaktgeberschaltung (38) so ausgelegt ist, daß sie jede Zeitdauer (I, II, III usw.) in drei aufeinanderfolgende Intervalle (I₁ 2 und 3) unterteilt durch Zuführung eines ersten Signals mit der ersten Spannung an die übertragungsleitung (12) während des ersten Intervalls (l) und Zuführung keines Signals an die Übertragungsleitung (12) während des zweiten Intervalls (2) und Zuführung eines zweiten Signals mit einer zweiten Spannung an die Übertragungsleitung (12) während des dritten Intervalls (3)» daß das Ausgangsmittel (Q3l) der Sendestation (Figur 5) mit der Übertragungsleitung (12) verbunden ist und Informationssignale an die Übertragungsleitung (12) liefert während des zweiten Intervalls (2) der entsprechenden Periodendauer (I, II oder III usw.), wenn das jeweilige Blockiermittel (Q.3O) unwirksam ist, und daß das Eingangsmittel (Q32) der Empfangsstation (Figur 6) mit der Übertragungsleitung (12) verbunden ist und auf die Informationssignale anspricht, die von der Übertragungsleitung (12) empfangen werden während des zweiten Intervalls (2) der jeweiligen Periodendauer (I, II oder III usw.), wenn das jeweilige Blockiermittel (Q33) unwirksam ist.
2. Datenübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennze ichnet» daß die Haupttaktgeberschaltung (38) Steuermittel (Q17-Q21) aufweist, die die Spannung der Übertragungsleitung (12) während jedes zweiten Intervalls (2) steuern und bei Auftreten eines Informationssignals mit einer der genannten zweiten Spannung angenäherten Spannung wirksam werden zur Lieferung eines zweiten Signals mit der zweitgenannten Spannung an die Übertragungsleitung (12) während des verbleibenden Teils des entsprechenden zweiten Intervalls (2).

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3. Datenübertragungssystem nach Anspruch 1 oder 2, d a durch gekennzeichnet, daß das Synchronsignal (S) eine längere Dauer hat als eine Periodendauer (I, II oder III usw.) und daß jede Station ZähXerrückstellschal tmittel aufweist, die zwischen die Übertragungsleitung (12) und eine Ruckstellklemme des Zählers geschaltet sind und ein Zählerrückstellsignal an die RücksteHklemme des entsprechenden Zählers nur dann liefern» wenn der Klemme ein Spannungssignal längerer Dauer als eine Periodeiidatter Cl, II oder III) zugeführt wird. . ■
%. Datenübertragungssystem nach einem der- Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet* daß die Informations signale Binär signale sind» die dturcfe dSie Anwesenheit oder Abwesenheit eines Infarmatioitssignals während eines zweiten Intervalls (2) dargestellt sind.
5. Datenübertragungssystem nach einem der Anspräche l-%_r dadurch gekennzeichnet, daß die Informations signale Analogsignale sind, die durch breitenmodulierte Impulse mit einer variablen Dauer während eines zweiten Intervalls (2) dargestellt sind*
6. Datettübertragungssystem nach Anspitch 4* dadurch

g: e kenn ze i c h η e "fe _t daß die Sigaaiverarbeitungsmittel der Empfangsstation (Figur G} &±m. Flip—FlLop C^O) aufweisen mit einem digitalen Ausgang CK23i and einem; Eingang (IfSQ),, an dem ein Informationssignal auf der Übertragungsleitung (IS) während des gesamten zweiten Jatterval-ls (s) ausgebildet wird, daß das Eingangsmifctel (0)32) so angeordnet ist, daß es die ersten. Signale auf" der/ tjfoer-fcr-agtisigsXeitung (12) dem Flip-Flop C90); als Äuftasttaktimpitise zmfuhart, und daß das Blockiermit-tel £Q33)^! der Bnpfangsstatioit (Figur 6) so betrieben wird, daß es die Zuführung: der Auftastimpulse zu dem Flip-Flop-Eingang (Ν20ε} verhindert außer Bei Auftreten

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des vorbestimmten Zählerstandes.
7. Übertragungssystem nach. Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungsmittel der Empfangsstation (Figur 6) eine Analogausgangsschaltung (Q37-Q41) aufweisen, wobei die Signalverarbeitungsmittel ein Ausgangssignal ausbilden in Übereinstimmung mit Datensignalen auf der übertragungsleitung (12), deren Dauer kürzar ist als die Gesamtdauer eines zweiten Intervalls (2).
8. Dateniibertragungssystem nach einem der Ansprüche 1-7» dadurch gekennzeichnet, daß ein Leiter des Übertragungskabels (12) geerdet ist und daß die erste Spannung positiv ist und die zweite Spannung den Wert null hat.
9. Dρtenübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1-7» dadurch geken nz e i c h η e t , daß ein Leiter des Übertragungskabels (12) geerdet ist und daß die erste Spannung negativ ist und die zweite Spannung den Wert null hat.
10. Datenübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1-9» dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Intervalle (l) langer sind als die zweiten (2) und die dritten (3) Intervalle.
11. Datenübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Nebentaktgeberschaltung (50 oder 52) von der Haupttaktgeberschaltung (38) entfernt mit dem Übertragungskabel (12) verbunden ist, wobei die Nebentaktgeberschaltung (50 oder 52) so ausgelegt ist, daß sie mit der Haupttaktgeberschaltung (38) gleichläuft.

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Vt
12. Datenübertrajpmgssystem nach einem der .Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Stationen eine kombinierte Sende- und Empfangsstation ist (Figuren 5 und 6).

13· Verfahren zum Übertragen von Daten zwischen einer Vielzahl von Stationen, von denen zumindest eine eine Sendestation und zumindest eine eine Empfangsstation ist und die Stationen mittels eines Übertragungskabels miteinander verbunden sind, wobei der Übertragungsleitung periodisch Synchronimpulse zugeführt werden, zwischen aufeinanderfolgenden Synchronimpulsen eine Vielzahl von gleichen Abstand voneinander aufweisende erste Impulse mit einer ersten Spannung der Übertragungsleitung zugeführt wird, Informationsimpulse mit einer vorbestimmten Impulszählrate von einer vorbestimmten Sendestation geliefert und die Informationsimpulse in einer vorbestimmten Empfangsstation empfangen werden, dadurch gekennzeichnet, daß der zwe i Leiter aufweisenden Übertragungsleitung (12) unmittelbar vor den ersten Impulsen zweite Impulse mit einer zweiten Spannung zugeführt werden und die Übertragungsleitung (12) frei bleibt zum Empfang von Informationssignalen in dem Intervall zwischen jedem ersten Impuls und dem nächstfolgenden zweiten Impuls, wobei die Informationsimpulse während des Intervalls (2) zwischen einem vorgewählten ersten Impuls (l) und dem nächstfolgenden Impuls (3) zugeführt werden.

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NT

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