DE2821812C2 - Schaltungsanordnung zur potentialgetrennten Übertragung von Signalen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur potentialgetrennten Übertragung von Signalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Eine solche Schaltungsanordnung von Signalen ist aus der DE-PS 12 44 242 bekannt. Dort soll ein beliebig lang bestehender Gleichstromzustand einer ankommenden Leitung auf eine abgehende Leitung übertragen werden, wobei eine galvanische Trennung erfolgen soll. Hierzu ist ein transformatorisch rückgekoppelter Generator vorgesehen, der mindestens zwei Übertrager mit getrennten magnetischen Koppelwegen besitzt. Die Übertrager bestimmen die Schwingfrequenz des Generators. Jeder Übertrager besitzt zusätzliche Wicklungen zu dem Zweck, daß abhängig vom Vorhandensein und/oder der Richtung des Eingangsstromes über eine Wicklung des Übertragers die von diesem Übertrager bestimmten Schwingungen des Generators derart unterdrückt werden, daß diese Wicklung kurzgeschlossen wird. Es wird nur an dem Übertrager, der wechsclstrommäßig nicht kurzgeschlossen ist, über eine weitere Wicklung eine Wechselspannung abgenommen, die nach ihrer Gleichrichtung den Zustand der abgehenden Leitung bestimmt.

Eine weitere Schaltungsanordnung zur potentialgetrennten Übertragung von Signalen ist aus der DE-AS 20 50 994 bekannt. Die dort beschriebene Schaltung besitzt ebenfalls einen durch hochfrequente Schwingungen gespeisten Übertrager. Der Übertrager wird an einer ersten Übertragerwicklung durch ein Gleichstromsignal in einen Dämpfungszustand versetzt. Über eine zweite Übertragerwicklung wird der Übertrager zur Kennzeichnung des Gleichstromsignales ausgewertet. Zusätzlich zur Anordnung gemäß DE-PS 12 44 242 erfolgt die Speisung des Übertragers kontinuierlich an einer dritten Übertragerwicklung. Die Dämpfung der ersten Übertragerwicklung wird mit einem den Kurzschlußzustand des Übertragers bewirkenden Wert erzeugt. Die Kennzeichnung des Gleichstromsignals erfolgt durch unterschiedlichen Gleichspannungsabfall an einem Transistorschalter. Der Transistorschalter wird im kurzschlußfreien Zustand des Übertragers durch die über die dritte Übertragerwicklung ausgekoppelten hochfrequenten Schwingungen impulsartig leitend gesteuert. Die im Arbeitsstromkreis des Transistorschalters bei diesem Zustand auftretenden Impulse werden auf einen den kurzschlußfreien Zustand des b5 Übertragers kennzeichnenden Spannungswert integriert.

Beiden bekannten Schaltungen zur potentialgetrennten Übertragung von Signalen liegt dasselbe Prinzip zugrunde: Ein Oszillator wird durch eine Steuerwicklung gedämpft, so daß er bei Vorhandensein von Steuerstrom ein reduziertes Ausgangssignal liefert. Der Oszillator ist also gleichzeitig Verstärker. Es liegt stets eine Schwingung am Ausgang des Übertragers. Diese Schwingung weist eine große Amplitude auf, falls keine Eingangssignal anliegt und sie weist eine kleine Amplitude auf_: falls ein Eingangssignal anliegt Eine amplitudenbezogene Auswertung ist also stets erforderlich. Bedingt durch den notwendigen Anschwingvorgang sind keine steilen Impulsflanken erzeugbar. Die bekannten Schaltungen eignen sich ferner nur zur Übertragung analoger Signale.

Eine weitere Schaltung zur potentialgetrennten Übertragung von Signalen ist aus der DE-OS 23 42 294 bekannt. Die Primärwicklung eines Transformators ist dort mit einem Zerhacker für ein Gleichstromsignal verbunden, während die Sekundärwicklung mit einem Gleichrichter für das zu übertragende Wechselstromsignal geschaltet ist.

Diese bekannte Schaltungsanordnung ist allerdings nur zur Übertragung von Gleichstromsignalen geeignet, sie ist aufwendig und für die Übertragung schneller Signale zu langsam.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der im Oberbegriff dos Patentanspruchs genannten Art zur potentialgetrennten Übertragung digitaler und analoger Signale zu entwickeln, wobei hohe Anforderungen an die Schnelligkeit und die Potentialtrennung der Übertragung gestellt werden. Die Schaltungsanordnung soll beispielsweise bei einem Transistorsteller dazu dienen, das aus einer Logikschaltung gewonnene Ansteuersignal einem Leistungstransistor zuzuführen, dessen Basis auf schwimmendem Potential liegt.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs gelöst.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Schaltungsanordnung neben großer Schnelligkeit und Potentialtrennung eine geringe Störanfälligkeit und einen einfachen Aufbau aufweist, was wiederum den Vorteil der Preiswürdigkeit zur Folge hat.

Wegen des Einsatzes eines eigenständigen bistabilen Kippgliedes als Symmetriereinrichtung, dessen Ausgangsspannung auf einen separaten Übertrager geschaltet wird, liegt bei Übertragung digitaler Signale lediglich bei Vorhandensein eines Signales eine Schwingung am Ausgang des Übertragers an, sonst nicht. Eine ständige Signalauswertung unter Berücksichtigung der Amplitude der übertragenen Signale ist also nicht erforderlich. Bei digitaler Signalübertragung sind sehr steile Flanken möglich, da kein Anschwingvorgang stattfindet. Ferner wird die Signalleitung vorteilhaft leistungsmäßig nicht belastet. Der Leistungsverbrauch ist gering. Ein weiterer Vorteil ist die universelle Anwendungsmöglichkeit zur Übertragung von analogen und digitalen Signalen mit ein und derselben Anordnung.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung kann allgemein auf dem Gebiet der Informationsübertragungstechnik Anwendung finden und speziell beispielsweise zur Ansteuerung von Transistorstellern dienen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden anhand der Zeichnungen dargestellt.

Es zeigt

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen

Schaltungsanordnung,

F i g. 2 die zeitlichen Spannungsverläufe der in F i g. 1 eingetragenen Spannungen U₁₁* Uff, U₀, U_trur\d U₃,

F i g. 3 eine ausgeführte detaillierte erfinc'angsgemäße Schaltungsanordnung.

In Fig. i ist ein Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Übertragung digitaler und analoger Signale dargestellt Ein bistabiles Kinpglied 1 ist über seinen Takteingang T mit einem HF-Oszillator 2 beschaltet Die Ausgangsspannungen des Oszillators 2 ist mit U_os bezeichnet. Die Ausgänge Q bzw. ^ des Kippgliedes 1 sind einem invertierenden Buffer 3 zugeführt.

Ein derartiger Buffer ist beispielsweise aus dem RCA-Buch »COS/MOS Integrated Circuit — Selection Guide/Data/Application Notes, RCA Solid State 1975, Seite 252 bis 253 (Typ CD 4049 A) bekannt und ist vorzugsweise in CMOS-Technik ausgeführt Unter Buffer wird in diesem Zusammenhang eine Trennstufe bzw. Entkopplungsstufe zwischen dem Kippglied 1 und einem Transformator verstanden, die eine Vergleichmäßigung und wahlweise eine Verstärkung von eingangsseitig an ihr liegenden Impulsströmen bzw. -spannungen bewirkt, sobald zwischen ihren Betriebsspannungseingängen eine Spannung ansteht. Die dann zwischen den Ausgangsklemmen des Buffers abfallende Spannung ist amplitudenmäßig ein Abbild der zwischen den Betriebsspannungseingängen liegenden Spannung.

Die zwischen den Eingängen des Buffers 3 liegende Spannung ist mit Uirgekennzeichnet. Der Buffer 3 weist 3d einen Betriebsspannungseingang 4 (Vcc) und einen Masseanschluß 5 (Vss) auf. Die zwischen den Ausgängen des Buffers 3 liegende Spannung ist mit U,_r bezeichnet.

Die Ausgänge des Buffers 3 sind mit der Primärwicklung eines Transformators 6 verbunden. Der Transfor- r> mator 6 weist eine an Masse angeschlossene Schirmwicklung auf und hat das Übersetzungsverhältnis ü. Seine Sekundärwicklung ist mit einer Dioden-Gleichrichterbrücke 7 beschaltet, die mit ihrem einen Gleichspannungspol an Masse liegt. Die an der 4» Gletchstromseite der Brücke 7 abfallende Spannung ist mit U., gekennzeichnet. Die Brücke 7 ist über eine Filterschaltung 8 mit den Ausgangsklemmen 9 der Schaltung verbunden.

Im folgenden wird die Funktionsweise der erfin- -r, dungsgemäßen Schaltungsanordnung beschrieben.

In Fig. 2 sind hierzu die zeitlichen Verläufe der in F i g. 1 eingetrageilen Spannungen U₁,,. Un. U₀. U₁₁ und Ua dargestellt. Der HF-Oszillator 2 erzeugt eine Spannung U_m. d. h. eine Rechteckschwingung von der "> <> Frequenz /Ό. Diese Rechteckschwingung wird mittels des bistabilen Kippgliedes 1 Symmetrien. Am Ausgang des Kippgliedes 1 liegt dann die Spannung U-i mit der Frequenz=^·.

Das zu übertragende Signal U₁-. nachfolgend beispielsweise ein digitales Signal, wird dem Betriebsspannungseingang 4 des inverlierenden Buffers 3 zugeführt. Dabei ist zu beachten, daß die Frequenz des zu übertragenden Signals wesentlich kleiner als die t>o Frequenz des Oszillators 2 sein muß. Die bei Anlegen des Signals LK- am Ausgang des Buffers 3 entstehende, dem Transformator b zugeführte Spannung Ll,_r weist gleiche (positive wie negative) Spannungszeilflächen auf, ihre Amplitude hat die Scheitelwerte + LJ,- bzw. ti -1%.

Die Spannung U,_r wird mittels des Transformators 6 auf die gewünschte Potentialebene transformiert und mittels der Dioden-Gleichrichterbrücke 7 gleichgerichtet Die dabei am Ausgang der Brücke 7 entstehende Spannung U₃ ist ein getreues Abbild des zu übertragenden Signals U_e und weist den Wert

Ua=U- Ue-2 · Uf

auf, wobei U_Fd\e Flußspannung einer Diode der Brücke 7 ist. Die Ausgangsspannung U_a wird über eine Filterschaltung 8 den Ausgangsklemmen 9 der Schaltung zugeführt

Wird anstelle eines digitalen Signales an den Betriebsspannungseingang 4 des Buffers 3 ein analoges Signaf Uc angelegt, so wird dieses in der gleichen Art und ebenso abbildungsgetreu übertragen. Der Eingang 4 wirkt dabei gleichzeitig als Steuer- und Modulationseingang, d. h. die Amplitude der Ausgangsspannung U,_r des Buffers 3 wird entsprechend der anliegenden Steuerspannung Uc abbildungsgetreu verändert.

In beiden Fällen, also bei Vorliegen eines digitalen oder eines analogen Nutzsignales, wird die Rechteckschwingung des Kippgliedes 1 vom Nutzsignal moduliert, dieses modulierte Signal wird mittels des Transformators 6 auf eine andere Potentialebene übertragen und mittels der Brücke 7 und der Filterschaltung 8 demoduliert, d. h. wiederhergestellt. Die Filterschaltung 8 hat dabei Glättungs- und Dämpfungsfunktionen.

In Fig.3 ist eine ausgeführte detaillierte erfindungsgemäße Schaltungsanordnung dargestellt.

Der HF-Oszillator 2 besteht dabei aus zwei in Serie geschalteten lnvertern ( = Umkehrverstärkern) 10 und 11, wobei dem Inverter 11 ein Widerstand R\ und dem Inverter 10 ein Kondensator C, und der hierzu in Serie liegende Widerstand R\ parallel geschaltet sind. Vom gemeinsamen Verbindungspunkt des Kondensators Q mit dem Inverter IO beaufschlagt dieser HF-Oszillator 2 mit der Ausgangsfrequenz in das bistabile Kippglied 1 über dessen T-Eingang.

Die Eingänge /, /fund Vp/) des Kippgliedcs 1 werden durch eine positive Gleichspannung U₊ versorgt. Die weiteren Eingänge 5 und R des Kippgliedes 1 sind mit einer Spannung Ut beaufschlagt, die Vs?,-Klemme liegt auf Nullpotential. Die Beschallung der (J/Q-Ausgänge des Kippgliedes 1 mit dem Buffer 3, dem Transformator 6 und der Dioden-Gleichrichterbrücke 7 ist wie unter F i g. 1 beschrieben.

Die Filterschaltung 8 weist einen in Serie zur Gleichstromleitung liegenden Widerstand R₂ sowie einen parallel hierzu geschalteten Kondensdator C> auf. Das übertragene Signal wird an einem zwischen den Ausgangsklemmen 9 liegenden Widerstand /?j abgegriffen.

Wenn das zu übertragende Signal von digitaler Art ist, kann es bei der Schaltungsanordnung gemäß F i g. 3 wahlweise an Eingang 4 des Buffers in Form von U₁- oder an die 5//?-Eingänge des Kippgliedes 1 in Form von U\ angelegt werden.

Ein analoges Signal wird stets dem Eingang 4 des Buffers 3 zugeführt.

Ni'i der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind beispielsweise digitale Signale im Frequenzbereich 0— 100 kHz potcntialgetrennt übertragbar.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. 28 21 8ί2

   Patentanspruch:

   Schaltungsanordnung zur potentialgetrennten Übertragung von Signalen mittels eines Transformators, der primärseitig mit einem HF-Oszillator und Sekundarseitig mit einer Gleichrichterbrücke beschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenschaltung eines bistabilen Kippgliedes (1) und eines Buffers (3) zwischen den HF-Oszillator (2) und dem Transformator (6) geschaltet ist, wobei der Buffer (3) ausgangsseitig mit der Primärwicklung des Transformators verbunden ist und das zu übertragende analoge oder digitale Signale einem Betriebsspannungseingang (4) des Buffers (3) zugeführt ist