DE2846710A1

DE2846710A1 - Einrichtung zur signaluebertragung mittels optokoppler

Info

Publication number: DE2846710A1
Application number: DE19782846710
Authority: DE
Inventors: Tetsuo Dipl Ing Ishikawa
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1977-10-28
Filing date: 1978-10-26
Publication date: 1979-05-03
Also published as: JPS5754025B2; DE2846710C2; JPS5462754A

Description

Einrichtung zur Signalübertragung mittels Optokoppler
(Es wird die Priorität aus der japanischen Anmeldung Nr. 129351/1977 vom 28. Oktober 1977 beansprucht) Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Signalübertragung mittels Optokoppler.
Bekannte Optokoppler erwiesen sich bisher zur Übertragung von Hochfrequenzsignalen wegen ihrer geringen Ausschaltgeschwindigkeit als ungeeignet. Es läßt sich zwar bei einer Schaltung gemäß Fig. 1 die Ausschaltgeschwindigkeit des dort mit Pl bezeichneten Optokopplers dadurch etwas erhöhen, daß die Streukapazität CO zwischen Kollektor und Emitter seines Fototranistors über den durchlässig gesteuerten Transistor T1 aufgeladen wird. Das Durchlässigsteuern des Transistors T1 erfolgt durch Erhöhung der Spannung V1 am Kollektor des Fototransistors und diese Spannungserhöhung ist aber immer noch mit einer nicht kompensierbaren Verzögerung verbunden, sodaß die Schaltung nach Fig. 1 auch nicht voll befriedigt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei Einrichtungen der eingangs genannten Art den Frequenzbereich der zu übertragenden Signale zu erweitern. Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Hauptanspruch angegebenen Maßnahmen.
Die Erfindung samt weiteren, in Unteransprüchen gekennzeichneten Ausgestaltungen soll nachstehend anhand der Figuren erläutert werden.
Figur 2 stellt ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Ubertragungseinrichtung dar. In dieser Figur ist mit 1 ein Frequenzteiler, mit 2 eine Optokopplerstufe, mit 3 ein Impulsformer und mit 4 eine Flankendetektorstufe bezeichnet. Durch den Einsatz des Frequenzteilers 2 kann eine Signalfrequenz übertragen werden, welche doppelt so hoch ist als die maximal mögliche Arbeitsfrequenz der Optokopplerstufe 2.
Figur 3 stellt ein ausführliches Schaltbild zu dem Blockdiagramm der Figur 2 dar. Der Frequenzteiler besteht aus einem Flip-Flop. F1, F2 und F3 bezeichnen zwei weitere, in der Flankendetektorstufe 4 enthaltene Flip-Flops, während mit Iv1 - Iv4 Inverter- oder Ummehrstufen bezeichnet sind. Ndl und Nd2 bezeichnen NAND-Gatter, Cli und C12 Kondensatoren, R11 bis R18 Widerstände, P1 und P2 einen ersten und einen zweiten Optokoppler Til und T12 Transistoren und schließlich Vcc1 und Vcc2 Speisegleichspannungen. Die Wirkungsweise der Schaltung nach Figur 3 wird im Zusammenhang mit den Impulsdiagrammen der Figur 4 erläutert.
Unter der Annahme, daß an der Eingangsklemme T des Flip-Flops F1 ein Impulssignal a (Fig. 4a) liegt, ist der Verlauf der Signale b und c der Ausgangsklemmen Q und Q dieses Flip-Flops wie in den Figuren 4b und 4c dargestellt. Auf diese Weise wird das Signal a in zwei Signale, welche die halbe Pulsfrequenz aufweisen, umgeformt.
Die Umkehrstufe Iv1 dient zur Umkehr des Ausgangssignals b des Flip-Flops F1 und liefert den mit d bezeichneten und in Figur 4d dargestellten, in die Fotodiode des Optokopplers 1 über den Widerstand R12 fließenden Strom.
Zusätzlich fließt durch diese Fotodiode zum Ausgang des NAND-Gatters Nd1 über den Widerstand R13 und den Kondensator C11 noch ein Strom, der einen Verlauf gemäß Fig.4e hat. Das Signal e am Ausgang des NAND-Gatters stellt praktisch die halbe Anzahl der differentiierten Eingangsimpulse a dar. Durch die Fotodiode des Optokopplers Pl fließt also ein Summenstrom, welcher eine Wellenform gemäß Figur 4f hat. Analog ergibt sich für den Strom durch die Fotodiode des Optokopplers P2 über den Widerstand R14 und durch den Differenzierkondensator C12 und das NAND-Gatter Nd2 ein Verlauf entsprechend Fig. 4g.
Die beiden hintereinander angeordneten Umkehr stufen Ivl und Iv2 dienen zur Verzögerung des Signals a, was sich als zweckmäßig zur Unterdrückung von statistischem Rauschen erweist.
Der Optokoppler P1 wird jeweils zum Zeitpunkt einer ansteigenden Flanke des Impulszuges gemäß Figur 4f eingeschaltet und der andere Optokoppler P2 wird mit ansteigenden Flanken des Impuls zuges gemäß Figur 4g eingeschaltet. Das Ausschalten des Optokopplers 1, d.h. das Sperren seines Fototransistors, erfolgt also jeweils gleich- zeitig mit dem Einschalten des Optokopplers 2, d. h. mit dem Durchlässigsteuern von dessen Fototransistor. Dabei kann sich die Streukapazität zwischen Kollektor und Emitter des Fototransistors des Optokopplers 1 - vergleiche Figur 1 - rasch aufladen, da ihr über den durchlässig gesteuerten Fototransistor des Optokopplers 2 ein niederohmiger Ladestrompfad zur Verfügung gestellt wird. Die Ausschaltgeschwindigkeit des Optokopplers 1 wird dadurch wesentlich beschleunigt. Der Optokoppler 2 braucht nur solange eingeschaltet zu sein, bis sich die Streukapazität des Optokopplers Pl aufgeladen hat, was nach einer definierten, sehr kurzen Zeit nach der abfallenden Flanke des Signals b der Fall ist. Für das darauffolgende Ausschalten des Optokopplers P2, welches jeweils mit der abfallenden Flanke des Impulszuges gemäß Fig. 4g beginnt, steht die Zeit bis zum nächsten Einschalten des Optokopplers Pl zur Verfügung. Die Differenzierkondensatoren CII und C12 dienen dabei zur Beschleunigung des Einschaltvorganges der Optokoppler P1 und P2. Die Widerstände R11 und R15 sind zur Überstrombegrenzung vorgesehen und daher vorzugsweise so klein als möglich zu bemessen.
Damit kann der Transistor T11 synchron im Takt des Signals b ein- und ausgeschaltet werden und der von ihm angesteuerte Transistor T12 wird hierzu komplementär ein-und ausgeschaltet. Am Ausgang der Umkehrstufe Iv4 erscheint daher ein Signal h mit dem in Fig. 4h dargestellten Verlauf, mit welchem ein J-K-Flip-Flop F2 angesteuert wird. Ein J-K-Flip-Flop ist ein zweistufiges Flip-Flop bei dem ein Eingangssignal verzögert um eine Periode eines ihm ebenfalls zugeführten Taktes (Cl) von dem zugeordneten Ausgang übernommen wird. Der Ausgang Q des Flip-Flops F2 ist mit dem Eingang K eines zweiten J-K-Flip-Flops F3 und dem einen Eingang eines exklusiven ODER-Gatters EOR verbunden, an dessem anderen Eingang der dem Eingang K zugeordnete Ausgang Q des Flip-Flops F3 angeschlossen ist. Die Kombination des Flip-Flops F3 mit dem exklusiven ODER-Gatter EOR stellt gewissermaßen eine Absolutwert-Differenzierstufe bzw. eine Flankendetektorstufe dar, indem am Ausgang dieses ODER-Gatters mit jeder ansteigenden und jeder abfallenden Flanke des ansteuernden Signals h ein Impuls erzeugt wird, dessen Breite einer Periode des Taktimpulses Cl entspricht.Das Ausgangssignal i des ODER-Gatters EOR ist in Fig. 4i dargestellt. Es ist von gleicher Frequenz wie das Eingangssignal a.
Bei der erfindungsgemäßen Ubertragungseinrichtung wird also durch die Frequenzuntersetzung im optoelektrischen Ubertragungsweg eine Erweiterung des Frequenzbereichs des Eingangssignals um den Faktor 2 gegenüber herkömmlichen Ubertragungseinrichtungen mit Optokopplern erreicht, wobei mittels der Flankendetektorstufe eine überaus einfache Demodulation des übertragenen Signals gelingt. Darüber hinaus kann durch den Einsatz eines zweiten Optokopplers die Betriebsfrequenz der Optokopplerstufe um das Zehnfache gegenüber Optokopplern mit einfacher Beschaltung und um mehr als das Doppelte gegenüber der in Fig. 1 dargestellten Schaltung vergrößert werden.
3 Patentansprüche 4 Figuren L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche 1) Einrichtung zur Signalübertragung mittels Optokoppler, g e k e n n z e i c h n e t durch folgende Merkmale: a) es ist ein Frequenzteiler (1) für die EingangsimpuJsfolge (a) vorgesehen b) die frequenzuntersetzte Eingangsimpuisfolge (b) wird mittels einer Optokopplerstufe (2) übertragen c) der Ausgang des Optokopplers ist über einen Impulsformer (3) mit einer auf Impulsflanken ansprechenden Detektorstufe (4) verbunden.
2) Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß die Optokopplerstufe zwei Optokoppler (P1, P2) enthält, deren Fototransistoren in Reihe an eine Gleichspannung (Vcc2) geschaltet sind, wobei die Fotodiode des einen Optokopplers (P1) jeweils zwischen ansteigenden und abfallenden Flanken der Impulse des Frequenzteilers und die Fotodiode des anderen Optokopplers (P2) jeweils für eine bestimmte Zeit nach jeder abfallenden Flanke der Impulse des Frequenzteilers aktiviert ist.
3) Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g ek e-n n z e i c h n e t, daß die Flankendetektorstufe aus einem taktgesteuerten zweistufigem Flip-Flop (F3) besteht, dessen Eingang (K) und der dazu gehörige Ausgang (Q) mit den Eingängen eines exklusiven ODER-Gatters (EOR) verbunden sind.