DE2838138A1 - Zeitmultiplexes informations- und befehls-uebertragungssystem - Google Patents

Zeitmultiplexes informations- und befehls-uebertragungssystem

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DE2838138A1
DE2838138A1 DE19782838138 DE2838138A DE2838138A1 DE 2838138 A1 DE2838138 A1 DE 2838138A1 DE 19782838138 DE19782838138 DE 19782838138 DE 2838138 A DE2838138 A DE 2838138A DE 2838138 A1 DE2838138 A1 DE 2838138A1
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DE
Germany
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ring
circuit
receiver
transmission system
data transmission
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Application number
DE19782838138
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English (en)
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Ralf Dr Ing Gretsch
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G08SIGNALLING
    • G08CTRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C15/00Arrangements characterised by the use of multiplexing for the transmission of a plurality of signals over a common path
    • G08C15/06Arrangements characterised by the use of multiplexing for the transmission of a plurality of signals over a common path successively, i.e. using time division
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B5/00Near-field transmission systems, e.g. inductive loop type
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60RVEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • B60R16/03Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for supply of electrical power to vehicle subsystems or for
    • B60R16/0315Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for supply of electrical power to vehicle subsystems or for using multiplexing techniques

Description

  • ZeitmultipleXes Informations- und Befehls-Übertragungssystem
  • 3es chreib ung: 1. Zugrundeliegende technische Aufgabe Die Zuverlässigkeit und Sicherheit des Kfz.Bordnetzes wird verbessert, wenn galvanische Kontakte möglichst vermieden werden.
  • Durch induktive Kopplung der Empfänger von Schaltbefehlen an eine Informationsringleitung wird eine deutliche Verbesserung der Zuverlässigkeit bei einfacher Montage erreicht. Es wird z.B. von einem in der DE-OS 25 03 679 beschriebenen zeitmultiplexen Informations-Übertragungssystem ausgegangen.
  • Gegenüber der dort beschriebenen galvanischen Ankopplung sind nur die Eingangs- und Endstufen von Sender und Empfänger geändert.
  • 2. Kurzbeschreibung Anfang und Ende einer Ringleitung 1 sind entsnrechend Bild 1 mit dem zentralen Sender 2 verbunden. Die Ringleitung wird so verlegt, daß mcglichst viele zu steuernde Verbraucher und abzufragende Geber direkt daran angeschlossen werden können.
  • Jeder Empfänger 3 besitzt einen Ringkern 4 aus gesintertem ferritischem Material, durch den die Ringleitung 1 hindurchgeführt wird. Der Ringkern trägt 2 Wicklungen. Die Wicklung 5 hat 10sol6 Windungen, die Wicklung 6 nur 1 i Windung.
  • Bei Befehlsübertragung vom Sender 1 zum Empfänger 3 prägt der Sender Stronimpulse in die Ringleitung ein. Die Stromimpulse induzieren bei allen aufgefädelten Ringkernen in die Wicklung 5 Spannungs impulse, die von der Empfängerschaltung ausgewertet werden.
  • Bei Übertragung der Meldung von einen Empfänger 3 zum Sender 1 ist der Anfang der Ringleitung im Sender hochohmig abgeschlossen. Der angesprochene Empfänger prägt Stromimpulse in die Wicklung 6 seines Ringkerns ein. Dadurch werden Spannungsimpulse in die Ringleitung induziert, die am hochohmigen Abschluß, also am Leitungsanfang, im Sender ausgewertet werden. Die gleichzeitig in die Wicklung 5 des gleichen Kernes induzierten Spannungsimpulse dienen der Steuerung der Stromimpulse in Wicklung 6. Da kein nennenswerter Strom in der Ringleitung fließt, bleiben die Ringkerne aller übrigen Empfänger unbeeinflußt. Die Übertragung ist damit selektiv.
  • 3. Elektrische Funktionsweise Eine günstige Form der vom Sender eingeprägten Stromimpulse zeigt Bild 2a. Die in den Wicklungen 5 dar Empfänger induzierte Spannung ist dann rechteckförmig, vgl. Bild 2b und läßt sich digital gut auswerten. Wegen der Induktivität der Ringkerne und der Ringleitung selbst, vgl. Ersatzschaltung Bild 3a, kann im Sender durch eine zur Nullinie symmetrische Rechteckspannung in einfacher Weise der gewünschte Stromverlauf nach Bild 2a erreicht werden. Ein Stromregler ist nicht erforderlich.
  • Bei Verwendung weichmagnetischer Ringkerne mit geringer Hysterese und geeigneter Auslegung stört ein Gleichanteil im Strom der Ringleitung nicht. Dieser kann so gewählt werden, daß der Gesamtstrom seine Polarität nicht ändert, vgl. Bild 2c. Die in der Wicklung 5 bei allen Empfängern induzierte Spannungsform ändert sich dabei nicht.
  • Sender kann nun, da sich die Stromrichtung nicht ändert, ein einfacher Transistorschalter verwendet werden, der den Anfang der Ringleitung z.B. zwischen der aktiven positiven Versorgungsspannung und der passiven, negativen Spannung einer Zenerdiode hin- und herschal tet, vgl. Bild b.
  • Wird die Zeitkonstante L/R der mit dem Widerstand R abgeschlossenen Ringleitung günstig gewählt, so genügt statt der Zenerdiode ein einfacher Freilaufkreis, vgl. Bild 3c. Der Strom ist dann nicht mehr exakt dreieckförmig, sondern setzt sich aus Abschnitten von Exponentialfunktionen zusammen yql, Bi 2d,, Die induzierte Spannung weicht dabei etwas von der Rechteckform ab; die Impulszählung wird dadurch jedoch nicht behindert.
  • Der von der Zeitkonstante L/R abhängige Einschwingvorgang beim Anfang und Ende der Impulskette ist rasch abgeklungen und stört nicht.
  • Zur Anpassung an unterschiedliche Ringleitungs-Induktivität, die von der Anzahl der aufgesteckten Ringkerne und von der Geometrie der Schleife abhängt, muß R einstellbar sein.
  • Eine große Spannung in Wicklung 5 läßt sich erreichen, wenn ihre Windungszahl erhöht wird oder die Steilheit der Stromänderung in der Ringleitung vergrößert wird. Der Erhöhung der Windungszahl sind wegen der dann zunehmenden Bedampfung der Ringleitung durch die Empfänger-Eingangswiderstände Grenzen gesetzt. Die Stromänderungsgeschwindigkeit kann jedoch durch günstige Schleifengeometrie vergrößert werden, indem z.B. wie in Bild 5 angedeutet, die Rückleitung mit der Hinleitung verdrillt wird, also eine offene, doppeladrige Schleife verlegt wird; die Induktivität wird dann minimal.
  • 4. Empfängerschaltung Die vom Sender in die Ringleitung 1 eingeprägten Stromimpulse induzieren in die Wicklung 5 Spannungsimpulse, deren Höhe zur direkten Ansteuerung von Logik-Bausteinen, z.B. der C-MOS-Serie ausreicht, vgl. Bild 4. Kondensator 7 vergrößert die Nutzsignal-Spannung an der Wicklung 5, indem die Induktivität des Ringkerns 4 teilkompensiert wird; kurze steile Störimpulse, z.B. aus der Zündanlage des Kfz. werden durch den Kondensator dagegen kurzgeschlossen. Er schützt damit zusammen mit den hochohmigen Vorwiderständen 8 die angeschlossenen Logik-Bausteind gegen Spannungsspitzen.
  • Kondensator und Ringkerninduktivität bilden einen Schwingkreis mit der Resonanzfrequenz fO. Gutes Einschwing- und Übertragungsverhalten wird erreicht, wenn die Sendeimpuls-Frequenz f in den Bereichen Ow fs 0,7-f oder 1,2.fo#f#1,5.fo liegt. Der untere Bereich ist günstiger, da sich Bauteiltoleranzen hier weniger auswirken und eine kleinere Kapazität verwendet werden kann. Im Resonanzbereich f~ f kann zwar die Sende-Energie besonders gering sein; das lang-0 same Sinschwingen der Spannung am Empfänger-Eingang setzt jedoch einen Code mit großer Redundanz voraus, da die ersten 2 .. 5 Impulse "verschluckt" werden.
  • Die vom Empfänger abzugebenden Rückmeldeimpulse gelangen aus dem Treiber 10 über den Schutzwiderstand 11 auf zwei galvanisch gekoppelte Transistoren 12 und 13. Während des Impulses schaltet Transistor 13, dessen Basis-Emitter-Strecke durch die Diode 14 geschützt ist, die positive Versorgungsspannung auf die Wicklung 6, die nur aus einer Windung besteht; in die hochohmige Ringleitung wird dadurch eine Spannung induziert, die wegen der unvermeidlichen Streuinduktivität des Kernes 4 etwa 50 % der Versorgungsspannung erreicht und damit einen ausreichenden Störabstand besitzt.
  • Um eventuell störende Spannungspitzen von der Speisespannungsleitung fernzuhalten, kann die RC-Beschaltung 15 vorgesehen werden.
  • 5. Senderschaltung Die Schaltung der Leistungs-, Rückmelde- und Systemüberwachungs-Stufe des Senders ist in Bild 5 gezeigt. Der Treiber 16 im Leistungsteil A steuert die beiden als Spannungsfolger wirkenden Darlington-Trans istoren 17, die den Anfang der Ringleitung 1 entweder an die positive Versorgungsspannung legen oder an den Schaltungsnullpunkt; im letzteren Fall wirkt der Treiber 16 als Freilaufdiode. Widerstand 18 verhindert eine Überlastung des Treibers, Zenerdiode 19 und Diode 20 dienen dem Scnutz vor in die Ringleitung eingekoppelten Spannungsspitzen.
  • Die von den Empfängern bei der Rückmeldung induzierten Impulse werden zur sicheren Erkennung im Rückmeldeteil B verstärkt, der ebenfall am Anfang der Ringleitung 1 angeschlossen ist. Die beiden Transistoren 21 und 22, deren Basis-Emitter-Strecken durch die Dioden 23 und 24 vor Überspannungen aus der Ringleitung geschützt werden, sind galvanisch mit ihr verbunden. Durch die, starke Gegenkopplung über die Widerstände 25 und 26 wird eine definierte Verstärkung bei hohem Eingangswiderstand erreicht. Kondensator 27 unterstützt den Abbau der Basis-Überschuß-Ladungen und erhöht dadurch die Übertragungs-Grenzfrequenz. Widerstand 28 legt den Arbeitspunkt fest, so daß der nachgeschaltete Inverter 29 der C-MOS-Serie richtig angesteuert wird.
  • die Ausgangsimpulse des Inverters 29 sind zur direkten Weiterverarbeitung in der Logikschaltung bereit.
  • Die Systemüberwachungs-Stufe, Teil C ist am Ende der Ringleitung ähnlich wie ein Empfänger über Ringkern angeschlossen. Der variable Widerstand 30 gestattet die Anpassung an verschiedene Induktivitäten der Ringleitung; Diode 31 ergibt zusammen mit Diode 20 einen Kurzschluß der Ringleitung für die negative Stromrichtung, um induzierte Störspannungen stark zu dämpfen. Kondensator 7 hat die bereits bei den Empfängern beschriebene Aufgabe.
  • Die Kombination der Diode 32 und der Widerstände 33, 34 und 35 sorgt zusammen mit d Eingangskapazität des Inverters 36 dafür, daß dessen Ausgang konstant logisch "O" ist9 wenn die Sendesttife A Impulse abgibt, und crst nach Ende des Impulstelegramms den Logikpegel "1" annimmt. Die an Inverter 36 angeschlossene Schaltung überacht den stete Wechsel zwischen Impuiskette und -pause, die für die Rückmeldung zur Verfügung steht. Die RC-Kombination 37 ist dabei auf die längste Dauer der Impulskette, die RC-Kombination 38 auf die längste vorkommende pausendauer eingestellt. Bei stetem Wechsel liegen beide Eingänge des Gatters 39 auf logisch. "1"; überschreiten Impulskette oder Pause den zugelassenen Maximalwert, so geht der Ausgang von Gatter 39 auf logisch. "1" und zeigt damit an, daß Sender oder Ringleitung, also das System ausgefallen ist.
  • Dies ist z.B. möglich, wenn die Ringleitung Schluß gegen Masse oder Speisespannung hat oder-unterbrochen ist.
  • 6. Montage Voraussetzung für eine einfache Montage ist die Verwendung von zwei Ringkernhälften. Eine Kernhälfte ist mit der Empfänger-Schaltung fest verbunden und trägt die beiden Wicklungen 5 und 6; sie wird zweckmäßig mit der Empfängerschaltung zu einem Block 40 vergossen, vgl. Bild 6. Die andere Ringkernhälfte ist in eine plastisce oder thermo-plastische Kunststoffmasse41 so eingebettet, daß ei schmaler Spalt 42 bleibt, in den die Ringleitung 1 bei der Moctage eingeschoben werden kann. Durch Druck auf die mit P bezeichneten Stellen werden - evtl. bei gleichzeitiger Erwärmung - die Ringhälften bleibend aufeinandergedrückt Im weitaus selteneren Fall einer Demontage kann der Spalt 42 unter Zerstörung des Ringkernes erneut eingeschnitten werden, so daß die Ringleitung herausgezogen werden kann, chne sie zu zerschneiden.
  • Werden Sckalenlierne zur Ankopplung verwendet, so kann die Ringlcitung 1 entsprechend Bild 7 in eine Schalenhälfte eingelegt werden und anschließend die andere Hälfte nach dem oben beschriebenen Verfahren aufgepreßt werden.
  • Vorteile: 1. Die induktive Kopplung stellt eine dauerhafte Verbindung und Informations-Übertragung sicher, da auf mechanische Kor.tnkte verzichtet wird.
  • 2. Da nur ein Ringkern je Empfänger für beide Ubertragungsrichtungen benötigt wird, ist die Ankopplung einfach und billig.
  • 3. Eine einfache Verbindung der Empfänger mit der Ringleitung ist auch nachträglich möglich, ohne die Ringleitung dabei zerschneiden oder die Isolation beschädigen zu müssen.
  • 4e Eine wirksame Funktionsüberwachung des Systems ist möglich.
  • /1/ D. Retzmann: InformationsÜbertragungssystem 1.
  • Diplomarbeit D 131 am Inst. EE der THD /2/ A. Göckel: Informations-Übertragungssystem II.
  • Diplomarbeit D 151 am Inst. EE der THD /3/ 1<. Grctsch; Funktionsüberwachung von Verbrauchern in einem Bordnetz. Erfindungsmeldung vom 5. 11. 75 Daten des ausgeführten Systems: Sendefrequenz: 800 kHz Impulszeit 1,25 s Impulsaauer: 0,625 s Zyklusdauer: 10,24 ms max. Einschaltverzögerung: 10,24 ms Taktfrequenz. 12,5 kHz Rückmeldefrequenz: 130 kHz Verzögerung der Fehlermeldung im Empfänger: 122,9 ms

Claims (4)

  1. Ansprüche 1. Zeitmultiplexes Informations- und Befehls-Ubertragungssystem, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragung von Signalen zwischen Ringleitung und daran angeschlossenen Stationen durch Ring- und/oder Schalenkerne erfolgt.
  2. 2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerne zwei Wicklungen fUr beide Übertragungsrichtungen aufweisen.
  3. 3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendesation während der Rückmeldung hochohmig angeschlossen ist.
  4. 4. System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Kernhälften in wenigstens teilweise plastischen und/oder thermoplastischen Massen eingebettet sind.
DE19782838138 1978-09-01 1978-09-01 Zeitmultiplexes informations- und befehls-uebertragungssystem Withdrawn DE2838138A1 (de)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3036205A1 (de) * 1980-09-25 1982-05-06 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Verfahren zur wechselseitigen uebertragung von binaeren digitalsignalen zwischen einer zentralen einrichtung und mit ihr verbundenen endeinrichtung
FR2544569A1 (fr) * 1983-04-13 1984-10-19 Commissariat Energie Atomique Dispositif de couplage par induction entre une ligne electrique de transmission d'informations et une station d'emission et/ou de reception d'informations
EP0260725A2 (de) * 1986-09-17 1988-03-23 The Boeing Company Schleifen mit kerngekoppelten Sendern/Empfängern für steckerlose Unterhaltungssysteme
EP0482234A1 (de) * 1990-10-24 1992-04-29 ROBOMATIC S.a.s. Elektromagnetisches Signalübertragungssystem für ein Kraftfahrzeug

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