DE2455626A1

DE2455626A1 - Verfahren und einrichtung zur uebertragung elektrischer signale

Info

Publication number: DE2455626A1
Application number: DE19742455626
Authority: DE
Inventors: Otto Dipl Ing Lanz
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1974-11-04
Filing date: 1974-11-23
Publication date: 1976-05-06
Also published as: CH577734A5

Description

Verfahren und Einrichtung zur Uebertragung elektrischer Signale Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Uebertragung elektrischer Signale zwischen Punkten mit grossem Potenialunterschied oder in Gebieten mit starken elektromagnetischen Feldern, wobei mit dem zu Ubertragenden Signal eine Lichtquelle moduliert,.das Lichtsignal übertragen und an-der Empfangsstelle das elektrische Signal zurückgewonnen wird, unter Verwendung der Zeitverhältnismodulation, bei welcher das zu übertragende Signal in ein Tastverhältnis mit variabler Impulslänge und Impulspause codiert wird.
Derartige Uebertragungsverfahren mit Zeitverhältnismodulation (s. z.B. deutsche Offenlegungsschrift 2 303 585) haben praktisch Bedeutung erlangt, da sie einfach realisierbar sind und ohne aufwendige Abgleicharbeiten eine sehr genaue Uebertragung elektrischer Signale erlauben. In vielen Fällen ist die Signalquelle auf hohem Potential und muss mit Batteriespeisungbetrieben werden (z.B. bei Untersuchungen an iiochspannungsschaltern), so dass der Stromverbrauch des Codierers und des Senders möglichst klein gehalten werden mussv Bisher bekannte Verfahren erfÜllen diese Forderung nicht in genügender Weise.
Der Erfindung liegt die Aufgabe. zugrunde, diese Nachteile bekannter Verfahren zu vermeiden. Erfidungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art sendeseitig Schaltungsmittel vorgesehen sind, mit deren Hilfe anstelle der eigentlichen Impulsfolge nur kurze Impulse zur Zeit der Impulsflanken Übertragen werden, und dass die kurzen Impulse bezüglich eines ihrer Parameter so markiert sind, dass positive bzw. negative Flanken vom Empfänger identifiziert werden können, so dass die ursprüngliche Impulsfolge und somit das Signal wieder rekonstruiert werden kann.
Das der Erfindung zugrundeliegende Prinzip wird jetzt im Ausführungsteispiel der Figuren 1 und 2 näher erläutert. Fig. 1 betrifft die Sendeseite, Fig. 2 die Empfangsseite.
Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung bezweckt d£e Umwandlung einer analogen Eingangsspannung U. in eine codierte Lichtimpulsfolge. Die Wirkungsweise der Schaltung kann in zwei Abschnitten betrachtet werden. Mit Hilfe des Integrators (A,C,R1), des emittergekoppelten Schmitt-Triggers (T1,T2,R2, R3,R4,R5,R6) und der Rückführung (T3,R7,R8) wird am Kollektor von T2 (Ausgangstransistor des Schmitt-Triggers) ein rechteckförmiger Stromverlauf erzeugt, dessen Tastverhältnis proportional zur Eingangsspannung U. ist. Der Transistor T3 in der Rückführung der emitterseitig an eine Referenzspannung UR gelegt ist, wirkt mit dem Widerstand R3 wie eine schaltbare Stromquelle. Unter Tastverhältnis versteht man im allgemeinen den Quotienten (tl-t2)/(tl+t2), wobei t1 die jeweilige Impulslänge und t2 die Impulspause bezeichnet.
Das Signal U1 könnte nun in bekannter Weise direkt in Lichtimpulse umgewandelt, übertragen und empfangsseitig wieder in ein analoges Signal proportional zu U. umgesetzt werden. Dies erfordert jedoch auf der Senderseite einen beträchtlichen Stromverbrauch. Um diesen möglichst klein zu halten, werden erfindungsgemäss nur die Flanken der Impulsfolge in geeigneter Weise übertragen. Dies wird in einem zweiten Teil der Schaltung erreicht. Die rechteckförmige Stromfolge am Kollektor von T2 wird am Uebertrager ü differenziert, so dass an den Dioden Dl und D2 anstelle der Impulsflanken positive Impulsnadeln entstehen. Durch die ungleichen Windungszahlen der Sekundärseite wird erreicht, dass z.B. die durch die positiven Flanken erzeugten Impulsnadeln etwas grösser sind als die durch die negativen Flanken erzeugten Impulsnadeln. Diese ungleichen Impulsnadeln bringen den Transistor T4 verschieden lang in die Sättigung. Die an der Lichtemissionsdiode LED entstehende Lichtimpulsfolge weist somit ein eindeutiges Merkmal auf, das es erlaubt, die Impulse empfangsseitig wieder einer positiven bzw. negativen Flanke zuzuordnen. Die erzielbare Stromeinsparung ist offensichtlich proportional zur Reduktion der Impulsbreite (in. einem praktisch realisierten Fall wurde eine Einsparung von ca. 90 % erreicht).
Natürlich kann statt einer Impulsdauercodierung auch ein anderer Parameter, z.Bq die Impulshöhe, zur Kennzeichnung der den positiven Impulsflanken zugeordneten Impulsnadeln dienen.
Die empfangsseitigen Schaltungen. sind in Fig. 2 dargestellt, Diese Schaltungen dienen dazu, die Lichtimpulse wieder in ein Analogsignal zurückzuverwandeln. Dabei werden sie zuerst mittels eines Detektors (Dl,Rl) in ein elektrisches Signal umgesetzt, in einem Verstärker A verstärkt und anschliessend in einem Komparator K mittels Vergleich mit einer Referenzspannung aufbereitet. Von hier gelangen die Impulse einmal auf den Takteingang a eines Flip-Flop FF. Gleichzeitig wird direkt und über eine Verzögerung eine UND-Schaltung 4 angesteuert, die mit dem Rückstelleingang R des Flip-Flop verbunden ist. Die Verzögerung V ist länger als die Dauer eines kurzen Impulses, aber kürzer als die Dauer eines langen Impulses, so dass bei jedem langen Impuls an R ein Rückstellimpuls entsteht. Dieser Rückstellmechanismus bildet aber nur eine zusätzliche Synchronisationshilfe und tritt im allgemeinen nur bei noch mangelndem Synchronismus am Anfang einer Uebertragung oder bei Störungen in Aktion. Damit entsteht am Ausgang des Flip-Flop FF ein Spannungsverlauf, dessen Tastverhältnis mit der auf der Senderseite codierten Rechteckimpulsfolge identisch ist. Mittels Filterung (Filter F) kann die ursprüngliche Analogspannung Ui wieder rekonstruiert werden.
Die Schaltungen des angegebenen Ausführungsbeispiels stellen natürlich nur eine von vielen Realisierungsmöglichkeiten des erfindungsgemässen Prinzips dar.
In Fig, 3 sind einige Impulsdiagramme gezeigt. Auf der Ordinate ist die Impulsamplitude A aufgetragen, auf der Abszisse die Zeit t. Kurve a) zeigt die Impulsfolge bei der herkömmlichen Tastverhältnismodulation; es werden die yoliständigen Impulse übertragen. Dagegen ist in b) die übertragene Impulsfolge gemäss dem vorgeschlagenen Verfahren dargestellt; nur kurze Impulsnadeln während der positiven bzw. negativen Impulsflanken von a) werden übertragen. Wie ersichtlich, unterscheiden sich die den positiven bzw. negativen Flanken zugeordneten Impulsnadeln durch ihre Dauer. Das Diagramm c) zeigt die Impulse am Empfänger gemäss dem bisherigen Verfahren; dabei erkennt man eine starke Abhängigkeit vom Diskriminationspegel DP. Die am Empfänger auftretenden kurzen Impulse gemäss dem vorgeschlagenen Verfahren .(Kurve d)) sind,wie unmittelbar ersichtlich, im Hinblick auf die Einstellung des Diskriminationspegels DP unkritisch. Da ihm Empfänger nur noch die positiven (oder die negativen) Impulsflanken interessieren, entfallen nämlich alle Probleme, die mit unterschiedlichen Anstiegs- und Abfallzeiten sowohl des Senders als auch des Empfängers zusammenhängen.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren bleiben die Vorteile der Tastverhältnismodulation erhalten, während der Stromverbrauch des Sendeteils, wie schon bemerkt, drastisch reduziert wird.
Dies wirkt sich auf die verwendete Lichtquelle gleichfalls positiv aus; z.B. können kleinere Lichtemissionsdioden benutzt werden.

Claims

P a t e -n t a n s p r ü c h e

9 Verfahren zur Uebertragung elektrischer Signale zwischen Punkten mit grossem Potentialunterschied oder in Gebieten mit starken elektromagnetischen Feldern, wobei mit dem zu übertragenden Signal eine Lichtquelle moduliert, das Lichtsignal übertragen und an der Empfangsstelle das elektrische Signal zurückgewonnen wird, unter Verwendung der Zeitverhältnismodulation, bei welcher das zu übertragende Signal in ein -Tastverhältnis mit variabler Impulslänge und Impulspause codiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass sendeseitig Schaltungsmittel vorgesehen sind,-mit deren Hilfe anstelle der eigentlichen Impulsfolge nur kurze Impulse zur Zeit der Impulsflanken übertragen werden, und dass die kurzen Impulse bezüglicheines ih-rer Parameter so markiert sind, dass positive bzw. negative Flanken vom Empfänger identifiziert werden können, so dass die ursprüngliche Impuls folge und somit das Signal wieder rekonstruiert werden kann.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierung der positiven bzw. negativen Flanken mittels verschiedener Impulsdauer der Flankenimpulse erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die positiven bzw. negativen Flanken mittels verschiedener Impulse der Flankenimpulse-markiert werden.
4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei welcher sendeseitig die analoge Eingangsspannung mit Hilfe eines Integrators, eines diesem nachgeschalteten Schmitt-Triggers und einer Rückführung vom Eingang des Schmitt-Triggers auf den Integrator-Eingang am Ausgang des Schmitt-Triggers ein rechteckförmiger Stromverlauf erzeugt wird, dessen Tastverhältnis proportional zur Eingangsspannung ist, dadurch gekennzeichnet, dass die rechteckförmige Stromfolge am Kollektor des Ausgangstransistors (T2) des Schmitt-Triggers an einem Uebertrager (ü) differenziert wird, so dass an zwei Dioden (D1, D2), diemit ihrem einen Pol an je ein Ende der Sekundärwicklung des Uebertragers (ü) angeschlossen und mit ihren zweiten Polen zusammengeschaltet und an den Eingang eines Transistors (T4) gelegt sind, anstelle der Impulsflanken positive Impulsnadeln entstehen, die den Transistor (T4) in Sättigung bringen, ferner dadurch gekennzeichnet, dass im Ausgangskreis des Transistors (T4) eine Lichtemissionsdiode (LED) liegt, an der entsprechend der Länge der Transistorsättigung eine Lichtimpulsfolge entsteht, dass die Impulsnadeln und somit auch die Lichtimpulse eine Markierung aufweisen, die eine eindeutige Unterscheidung zwischen Vor- und Rückflanke der ursprünglichen Impulse erlaubt, witer dadurch gekennzeichnet, dass empfangsseitig die Lichtimpulse mittels eines Detektors (Dl,Rl) in ein elektrisches Signal umgesetzt, in einem Verstärker (A) verstärkt und anschliessend durch Vergleich mit einer Referenzspannung in einem Komparator (K) aufbereitet werden, von welchem die Impulse einmal auf den Takteingang eines Flip-Flop (FF) gelangen und zum anderen direkt und über eine Verzögerung (V) eine UND-Schaltung (8) angesteuert wird, deren Ausgang mit dem Rückstelleingang des Flip-Flop (FF) verbunden ist, und schliesslich dadurch gekennzeichnet, dass am Ausgang des Flip-Flop (FF) ein Filter vorgesehen ist, mit dessen Hilfe die ursprüngliche Analogspannung U. wieder rekonstruiert wird.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärseite des Uebertragers (ü) auf beiden Seiten der Mittenanzapfung ungleiche Windungszahlen ("1 n2) aufweist, so dass die den positiven bzw.

negativen Flanken zugeordneten Impulsnade ln verschiedene Grösse haben und den Transistor T4 verschieden lang in die Sättigung bringen, so dass die an der Lichtemissionsdiode (LED) entstehende Lichtimpulsfolge in der Impulsdauer ein eindeutiges Merkmal aufweist, das es erlaubt, die Impulse auf der Empfangsseite wieder einer positiven bzw. negativen Flanke zuzuordnen.
6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerung (V) an einem Eingang der UND-Schaltung (8) länger ist als die'Dauer eines kurzen Impulses, aber kürzer als die Dauer eines langen Impulses, so dass bei jedem langen Impuls am Rückstelleingang des Flip-Flop (FF) ein RUckstellimpuls entsteht.

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