DE2910497A1

DE2910497A1 - Anordnung zur aussendung und zum empfang von daten

Info

Publication number: DE2910497A1
Application number: DE19792910497
Authority: DE
Inventors: Joseph H Greenberg
Original assignee: Honeywell Information Systems Italia SpA
Current assignee: Bull HN Information Systems Inc
Priority date: 1978-04-18
Filing date: 1979-03-16
Publication date: 1979-10-25
Also published as: GB2019557B; FR2423932B1; AU4585879A; FR2423932A1; GB2019557A; CA1119254A; AU528153B2; JPS54140406A

Description

DIPL. ING. HEINZ BARDEiILE DIPL. CHEM. DR. PETER FÜRNISS

PATENTANWÄLTE C

Aktenzeichen:

Anmelder: Honeywell Informations Systems Inc.

200 Smith Street

Waltham, Mass., V. St. v. A. München, 16.März 1979

fe ^ I U 4 ü /

Unser Zeichen:

Anordnung zur Aussendung und zum Empfang von Daten ■

909043/0640

Kanzlei: Herrnstraße 15, München S&

DIPL. ING. HEINZ BARDEHLR München,

DIPL. CHEM. DR. PETER FÜRNISS

PATENTANWÄLTE £ 9 1 O 4 9

Aktenzeichen: / Unser Zeichen: P 2829

Anmelder:

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich generell auf Lichtleiter-Datenübertragungssysteme und insbesondere auf ein bidirektional betriebenes Lichtleiter-Rechnerverbindungsglied.

Mit hoher Geschwindigkeit arbeitende Modems sind bereits bekannt (siehe die von der Firma Astrocom Corporation hergestellten, mit Serienübertragung arbeitenden Datenübertragungssysteme mit der Bezeichnung Astro-Jet-400 und die von der Firma ATT hergestellten Breitband-Datenstationen des Typs 303). Diese bekannten Systeme verwenden eineverdrillte Doppelleitung und ein Koaxialkabel als Übertragungsmedium. Aufgrund der Verwendung derartiger Übertragungsmedisn besitzen diese bekannten Systeme mehrere Nachteile.

Ein derartiger Nachteil liegt darin, daß elektrische Leitungen gegenüber elektromagnetischer Störung empfindlich sind, die beliebige zeitlich geballt auftretende Störungen auf der Leitung hervorrufen. Um eine Datenzusammengehörigkeit sicherzustellen, werden somit komplizierte Fehlerkorrektur- und Fehlerermittlungsverfahren sowie komplizierte Verfahren zur Datenweiterleitung angewandt. Diese Forderung führt zu einer erheblichen Steigerung der Kosten des Systems und zu einer Herabsetzung der Datenübertragungsrate.

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Kanzlei: Herrnstraße 15, München 22

Ein weiterer Nachteil ergibt sich aus der Forderung nach Bereitstellen einer Rückleitung. Da das Signal auf ein bestimmtes Masse- bzw. Erdpotential bezogen ist, ergeben sich Probleme aufgrund von Verschiebungen im Masse- bzw. Erdpotential.

Darüber hinaus ist eine komplizierte Verknüpfungsschaltungsanordnung erforderlich, um die unterschiedlichen Beträge der Dämpfung zu kompensieren, die bei den verschiedenen Ubertragungsfrequenzen auftritt. Darüber hinaus führt die Verwendung eines Koaxialkabels zu einer Kabel-Überbelegung, was als erheblicher Nachteil in Bereichen angesehen wird, in denen eine dichte Packung von Prozessoreinheiten erforderlich ist.

Mit den zunehmenden Verbesserungen auf dem Gebiet der Lichtleitertechnologie und auf dem Gebiet der zugehörigen Lichtabgabequellen- und Lichtdetektorkomponenten ist die Anwendung von Lichtleitern in Rechnersystemen bzw. Rechensystemen sehr wohl eine Realität. Viele der einer verdrallten Doppelleitung und einem Koaxialkabel anhaftenden, oben kurz erwähnten Probleme sind durch Verwendung von Lichtleitern weitgehend vermindert oder behoben. So wird beispielsweise die Übertragung durch Lichtleiter auf optischem Wege vorgenommen, und zwar entsprechend den Prinzipien, die für die Wellenausbreitung in einem dielektrischen Wellenleiter zutreffen, line derartige übertragung ist gegenüber einer elektromagnetischen Störung nicht empfindlich. Somit besteht keine Forderung nach einer aufwendigen Fehlerermittelung und Fehlerkorrektur. Überdies existiert keine Forderung dahingehend, Masse- bzw. Erdpotentialverschiebungen zu berücksichtigen, da nämlich die beiden miteinander verbundenen Einheiten elektrisch gesehen völlig unabhängig voneinander sind.

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Die mit der Dämpfung längs elektrischer Leitungen verknüpften Probleme sind bei einem in einem Lichtleiter übertragenen Signal weitgehend herabgesetzt, da nämlich das tatsächliche Signal auf Licht moduliert ist. Die Frequenz des Signals macht einen so geringen prozentualen Anteil der Frequenz des Lichtes aus, daß die optischen Übertragungseigenschaften auf den Informationsgehalt tatsächlich keine Auswirkung haben. Demgegenüber erfolgt über ein verdralltes Leiterpaar eine Signalübertragung mit keiner höheren Frequenz als der Trägerfrequenz. Somit spürt man dabei die Auswirkungen des Übertragungsmediums in einem viel stärkeren Ausmaß.

Schließlich sind mit Lichtleitern andere Vorteile verknüpft, die Lichtleiter für eine Datenübertragung geeignet erscheinen lassen. So ist als erster Vorteil der offensichtliche Vorteil der verminderten Größe zu sehen, die in solchen Fällen bedeutsam ist, in denen Forderungen bezüglich einer dichten Packung existieren. Als zweiter Vorteil ist zu nennen, daß Lichtleiter eine größere Bandbreite und geringere Dämpfungen mit sich bringen. Als dritter Vorteil ist zu nennen, daß wesentlich höhere Datenübertragungsraten bei Verwendung von Lichtleitern möglich sind und daß eine übertragung über wesentlich größere Strecken, wie z.B. 1km, erzielt werden können. Schließlich sind Probleme, wie sie durch das Auftreten von Signalschwingungen, durch eine Leitungskapazität und durch einen gefährlichen Kurzschluß gegeben sind, weitgehend vermindert.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein mit hoher Geschwindigkeit betreibbares Lichtleiter-Verbindungsglied zwischen miteinander in Datenaustausch befindlichen bzw. tretenden Rechnern zu schaffen.

überdies ist dafür zu sorgen, daß Daten in bidirektionaler Richtung über einen einzigen Lichtleiter übertragen

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werden können, der zwei Rechner miteinander verbindet. Dazu soll der betreffende einzelne Lichtleiter an jedem Ende des Verbindungsgliedes sowohl mit einem Sender als auch mit einem Empfänger verbunden werden können.

Schließlich sollen Probleme infolge von Reflexionen des jeweils übertragenen Signals am sendenden Ende und der Zurückübertragung zu dem Empfänger weitgehend herabgesetzt werden, indem der Empfänger während derartiger Übertragungen gesperrt wird.

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe durch die in den Patentansprüchen erfaßte Erfindung.

Gemäß der Erfindung ist eine Anordnung zur Übertragung und Aufnahme von Daten vorgesehen, wobei diese Anordnung eine erste Einrichtung zur Codierung von zu übertragenden Daten, eine zweite Einrichtung zur Decodierung von empfangenen Daten, eine zwei Enden besitzenden Lichtleiter zur Übertragung der ausgesendeten bzw. empfangenen Daten und dritte Einrichtungen enthält, die das eine Ende des Lichtleiters mit der ersten Einrichtung und das andere Ende des Lichtleiters mit der zweiten Einrichtung koppeln.

Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend beispielsweise näher erläutert.

Fig. 1 veranschaulicht anhand eines Funktionsdiagramms eine Datenübertragungsverbindung unter Verwendung eines einzelnen Lichtleiters.

Fig. 2a bis 2d zeigen den Verlauf von Signalen bzw. Impulsen zur Erläuterung der in Fig. 1 dargestellten Anordnung.

Fig. 5 zeigt in einem Funktionsblockdiagramm eine Rechner-Datenverbindungsanordnung gemäß der Erfindung.

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Fig. 4 zeigt in einem detaillierten Schaltplan Datenübertragungseinrichtungen, wie sie in Fig. 3 angedeutet sind.

Fig. 5 zeigt einen Schaltplan eines in Fig. 3 angedeuteten Empfängers.

Fig. 6 zeigt einen Schaltplan einer dem jeweiligen Empfänger gemäß Fig. 3 zugehörigen Vorspannungseinheit. Fig. 7 zeigt in einem detaillierten Verknüpfungsschaltbild eine bei der Anordnung gemäß Fig. 3 verwendete Hauptsteuerlogik.

Fig. 8 zeigt in einem detaillierten Verknüpfungsschaltbild eine bei der Anordnung gemäß Fig. 3 verwendete Nebensteuerlogik.

Fig. 9a bis 9i zeigen den Verlauf von Impulsen bzw. Signalen, die zur Erläuterung der Hauptsteuerlogik herangezogen werden.

Fig. 10a bis 1Oi zeigen den Verlauf von Impulsen bzw. Signalen, die zur Erläuterung der Nebensteuerlogik herangezogen werden.

Die Lichtleiter-Verbindungseinrichtung gemäß der Erfindung ist als direkter Ersatz für ein normales Hochgeschwindigkeits-Modem vorgesehen. Die Datenrate beträgt in jeder Richtung 59 kBits.

In Fig. 1 sind die Informationsübertragungswege gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. An einem Ende ist ein Senderausgang T1 angeschlossen, der über die Zweige 2 und 6 eines optischen Y-Kopplers mit einem Empfänger R2 verbunden ist. In dem betreffenden Verbindungsweg liegen ein Anschlußglied 8, ein einzelner Lichtleiter 10, ein Anschlußglied 12 und Verzweigungen 16, 18 eines zweiten optischen Ύ-Kopplers. Ein zweiter Senderausgang T2 ist mit dem Eingang eines zweiten Empfängers R1 über die Verbindungselemente 14 und des zweiten optischen Y-Kopplers, über das Verbindungs-

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glied 12, den einzelnen Lichtleiter 10/ das Anschlußglied 8 mit den Verzweigungen 4,6 des ersten Y-Kopplers verbunden. Wie dargestellt, ermöglichen die Y-Koppler den Anschluß eines einzelnen Übertragungsleiters 10 sowohl am Sender als auch am Empfänger am jeweiligen Ende der Verbindungseinrichtung. Als Sendequelle kann eine Infrarotdiode des Typs verwendet werden, wie er von der Firma Texas Instruments beispielsweise unter der Bezeichnung TIES35 hergestellt wird. Das Empfangselement kann eine Diode mit sogenanntem Lawineneffekt sein, wie sie ebenfalls von der Firma Texas Instruments unter der Bezeichnung TIES69 beispielsweise hergestellt wird.

Ein infolge der Verwendung der Y-Koppler zur Erzielung einer bidirektionalen Übertragung eingeführtes Problem besteht darin, daß die übertragenen Signale zu dem Fotodioden-Empfänger am sendeseitigen Ende der Verbindungseinrichtung zurückreflektiert werden. Um das betreffende Problem zu lösen, ist es erforderlich, daß der Empfänger am sendeseitigen Ende der Verbindungseinrichtung unwirksam gemacht wird, wenn sein zugehöriger Sender eingeschaltet ist. Es dürfte jedoch einzusehen sein, daß der Empfänger wieder freigegeben bzw. eingeschaltet sein muß, wenn ein Signal vom anderen Ende der Verbindungseinrichtung erwartet wird. Dies bedingt eine Synchronisierung zwischen den beiden Enden der Verbindungseinrichtung.

In Fig. 2 ist eine Lösung zur Synchronisierung zweier Modems veranschaulicht. Dabei ist in Fig. 2a ein Signal T1 dargestellt, welches einem Verknüpfungssignal "0" entspricht. Das betreffende Signal besitzt eine Breite von ti, die in typischer Weise 1 ms beträgt. Der Modem (das sind T1 und R1) legt die System-Zeitsteuerung fest, indem er ein Datenbit, wie es in Fig. 2a dargestellt ist,

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alle 16/us überträgt. Während dieser Zeitspanne ist der Empfänger R1 unwirksam gemacht.

Eine gewisse Zeitspanne (t2) danach wird der Impuls gemäß Fig. 2a im Empfänger R2 aufgenommen. Dies ist in Fig. 2b veranschaulicht. Die Übertragungsverzögerung t2 entspricht der Zeitdauer, die das Signal benötigt, um den Empfänger am anderen Ende der Verbindungseinrichtung zu erreichen. Bei einem Leiter bzw. Lichtleiter mit einer Länge von 1km beträgt t2 etwa 5 aus. Nachdem das Signal im Empfänger R2 aufgenommen worden ist, wird es verarbeitet, und außerdem wird ein Triggersignal zur Triggerung des Senders T2 erzeugt. Wenn der Sender T2 gespeist wird, muß der Empfänger R2 unwirksam gemacht werden, um die oben beschriebenen Probleme aufgrund von Reflexionen zu vermeiden.

Nach erfolgtem Unwirksammachen des Empfängers R2 wird durch den Sender T2 ein Signal codiert, welches über die Verbindungseinrichtung zu übertragen und von dem Empfänger R1 aufzunehmen ist. In Fig. 2c ist das am Sender T2 auftretende ausgesendete Ausgangssignal veranschaulicht. Dieses Ausgangssignal umfaßt in diesem Falle zwei Impulse mit einer bestimmten Breite, wobei die beiden Impulse um eine bestimmte Zeitspanne voneinander getrennt sind. Dieses Impulspaar entspricht einem Verknüpf u_ngssignal "1". In typischer Weise kannjjeder Impuls eine Dauer von 1/2/us besitzen, wobei die beiden Impulse um eine Dauer von 1/2/us voneinander getrennt sind. Es dürfte einzusehen sein, daß dieses Signal von dem Empfänger R1 aufgenommen sein muß, bevor der Sender T1 wieder sendet. Ist dies nicht der Fall, so würde eine nachfolgende Signalübertragung von dem Sender T1 her den Empfänger R1 veranlassen, abgeschaltet bzw. unwirksam gemacht zu werden, und die eintreffenden Daten könnten verloren gehen. Das im Empfänger R1 aufgenommene Verknüpfungssignal "R1ⁿ ist in Fig. 2d veranschaulicht;

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das betreffende Verknüpfungssignal wird nach der oben beschriebenen Ausbreitungs-Verzögerun^gszeit aufgenommen.

Es dürfte an dieser Stelle einzusehen sein, daß das vorgeschlagene Prinzip ein System ist, bei dem eine Taktgewinnung aus der Information erfolgt, so daß eine gesonderte Taktleitung nicht benötigt wird. Die soweit beschriebenen Datenbits besitzen ein konstantes Verhältnis von Impulsdauer zu Impulsperiode, was ein wesentlicher Gesichtspunkt bei wechselstromgekoppelten Empfängern ist. Darüber hinaus ermöglicht das niedrige Verhältnis von Impulsdauer zu Impulsperiode des Codierungsschemas, daß die Sendedioden mit höherer Leistung arbeiten.

In Fig. 3 ist in einem detaillierteren Blockdiagramm die bidirektional arbeitende Datenverbindungseinrichtung veranschaulicht, mit deren Hilfe Rechner 26 und miteinander in Datenaustausch treten können. Der Rechner 26 ist an einer als Hauptsteuerlogik bezeichneten Hauptsteuerverknüpfungseinrichtung 24 angeschlossen. Die Hauptsteuerlogik Zk nimmt über eine Leitung d vom Rechner 26 her zu übertragende Daten auf. Der Rechner nimmt von der Hauptsteuerlogik 24 über eine Leitung a ein Sende-Taktsignal auf. Über eine Leitung b wird ein Empfangssignaltakt übertragen, und über eine Leitung c werden empfangene Daten übertragen. Entsprechende Signale, d.h. ein Sendetaktsignal, ein Empfangstaktsignal und empfangene Daten werden dem Rechner 36 von einer als Nebensteuerlogik 34 bezeichneten Nebensteuerverknüpfungseinrichtung 34 über Leitungen f, g bzw. h zugeführt. Die für eine Übertragung von dem Rechner 36 zu dem Rechner 26 vorgesehene Daten werden über die Leitung e an die Nebensteuerlogik 34 abgegeben.

An der Hauptsteuerlogik 24 ist ein Sender 20 ange-

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zuschlössen, der codierte Daten zum anderen Ende der Verbindungseinrichtung hin überträgt. Außerdem ist ein Empfänger 22 an der Hauptsteuerlogik 24 angeschlossen. Dieser Empfänger 22 dient zum Empfang von Daten vom anderen Ende der Verbindungseinrichtung. Die Datenübertragung erfolgt über einen einzelnen Lichtleiter 10, wie dies im Zusammenhang mit Fig. 1 erläutert worden ist. In entsprechender Weise sind am anderen Ende der Verbindungseinrichtung ein Sender 30 und ein Empfänger 32 an einer Nebensteuerlogik angeschlossen. An den Empfängern 22 bzw. 32 sind Vorspannungsanordnungen 28 bzw. 38 angeschlossen.

Die in Fig. 3 schematisch dargestellten Sender 20 und 30 sind in Fig. 4 im einzelnen veranschaulicht. Die von der Steuerlogik (Hauptsteuerlogik oder Nebensteuerlogik) codierten Daten werden einem Eingang einer Vielzahl von Treiberschaltungen 46 bis 53 zugeführt. Der andere Eingang jeder der betreffenden Treiberschaltungen liegt an Masse bzw. Erde. Die Ausgänge der Treiberschaltungen sind gemeinsam mit der Kathode einer Infrarot-Diode 42 verbunden. Diese Diode kann beispielsweise eine Infrarot-Diode mit der Bezeichnung TIES35 sein, wie sie von der Firma Texas Instruments hergestellt wird. Die Anode der betreffenden Diode ist über ein Filter 44 mit dem Pluspol +V einer Speisespannungsquelle verbunden, die eine Speisespannung von beispielsweise 5V abgibt. Das Filter besteht aus einer Induktivität bzw. Spule 54 und aus Kondensatoren 56 und 58; das betreffende Filter verhindert eine unzulässige Belastung der Speisespannung. Die Infrarot-Diode 42 erzeugt ein Ausgangssignal, wenn eine niedrige Spannung (Massepotential bzw. Erde bei +V = 5V) den Eingängen der Treiberschaltungen zugeführt wird. Ein von der Diode 42 abgegebenes optisches Ausgangssignal ist durch Pfeile 60 angedeutet.

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Die bei der Anordnung gemäß Fig. 3 vorgesehenen Empfänger 22 und 32 sind im einzelnen in Fig. 5 veranschaulicht. Als optischer Detektor wird eine auch als Avalanche-Fotodiode bezeichnete Fotodiode 62 mit Lawineneffekt verwendet. Diese Fotodiode 62 besitzt eine innere Verstärkung, die eine Funktion einer zugeführte Sperrvorspannung ist. Diese Vorspannung wird über einen Widerstand 64 und einen Kondensator 66 zugeführt. Die von der in Fig. 4 dargestellten Infrarot-Diode abgegebene optische Energie bzw. L^chtenergie ist als auf die Avalanche-Fotodiode 62 auftreffende Energie in Form von Pfeilen 68 angedeutet. Als Fotodiode 62 kann eine solche des Typs TIED69 verwendet werden, wie sie von der Firma TEXAS Instruments hergestellt wird.

Die Anode der Fotodiode 62 ist mit dem Eingang eines Vorverstärkers 70 verbunden (bei dem es sich beispielsweise um einen Verstärker mit der Bezeichnung TIEF152 handeln mag). Dieser Vorverstärker stellt eine erste Verstärkungsstufe dar. Der Vorverstärker 70 ist mit einem Ausgang wechselstrommäßig über einen Kondensator 72 mit einem ersten Eingang des Vergleichers 74 verbunden (bei dem es sich beispielsweise um einen. Vergleicher des Typs LM311 handeln mag, wie er von der Firma National Semiconductor hergestellt wird). Dieser Vergleicher stellt eine zweite Verstä-ekungsstufe dar. Der Vorverstärker 70 speist außerdem einen Widerstand 76, der über einen Kondensator 78 an Erde bzw. an Masse liegt.

Der invertierende Eingang des Vergleichers 74 wird auf einem konstanten Gleichspannungspegel gehalten, um den Betrieb der Anordnung in einem aktiven Bereich zu ermöglichen. Der erwünschte Gleichspannungspegel wird von einem Spannungsteiler gewonnen, der aus den Widerständen 80 und 82 besteht. Ein Verbindungspunkt

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zwischen diesen Widerständen ist mit dem invertierenden Eingang des Vergleichers 74 verbunden. Ein Entkopplungswider stand 84 und ein Entkopplungskondensator 86 bewirken eine Entkoppelung des Vergleichers 74 von der Plusspannung (+V). Entsprechende Entkopplungselemente (Widerstand 88 und Kondensator 90} sind zwischen der Plusspannungsklemme (+V) und dem Vorverstärker 60 vorgesehen.

Der Schwellwert, bei dem der Vergleicher 74 umschaltet, ist durch das Potentiometer 92 bzw. durch dessen Einstellung festgelegt. Dieses Potentiometer ist über einen Widerstand 94 an der Plusspannungsklemme +V angeschlossen. Da der Ausgang des Vergleichers 74 durch einen offenen Kollektor gebildet ist, ist ein entsprechender Spannungsaufbauwiderstand erforderlich. Dieser Widerstand ist in der Steuerlogik enthalten, so daß über die Empfänger-Speisespannung kein Rückkopplungsweg geschaffen wird.

Die Vorspannungseinheiten 28 und 38 gemäß Fig. 3 sind in Fig. 6 im einzelnen dargestellt. Die in Fig. 5 dargestellte Avalanche-Fotodiode 62 benötigt eine Spannung zwischen 135V und 185V, und zwar in Abhängigkeit von der erforderlichen Verstärkung. Die betreffende Fotodiode muß vor übermäßigen Strömen geschützt werden. Die Vorspannungsanordnung nutzt die vorhandene Isolationswicklung auf einem 5-V-Speisespannungstransformator 120 aus, dem eingangsseitig eine Wechselspannung zugeführt wird. Eine Spannungsverdopplerschaltung, umfassend Dioden 96 und 98 sowie Kondensatoren 100,102, 104 und 106 liefert eine erhöhte Gleichspannung von 310 V an der Kathode der Diode 98. Diese Spannung wird einem Ballast-Widerstand 108 zugeführt, der mit der Ersatzschaltung einer 180-V-Zenerdiode verbunden ist, die als Zener-Dioden 110 und 112 veranschaulicht ist. Diese

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Anordnung führt zur Abgabe einer stabilisierten Spannung von 180V, die einem Spannungsteiler zugeführt wird, der ein Potentiometer 114 und einen dazu in Reihe liegenden Widerstand 116 umfaßt. Der Abgriff des Potentiometers kann derart verändert werden, daß die von diesem abgegebene Ausgangsspannung von etwa 135V bis 180V verändert werden kann. Diese Spannung wird sodann über den Widerstand 64 und den Kondensator 66 (Fig. 5) der Avalanche-Fotodiode 62 zugeführt.

Zurückkommend auf Fig. 3 sei bemerkt, daß die Hauptsteuerlogik 24 und die Nebensteuerlogik 24 ein Taktsignal mit einer Frequenz von etwa 59kHz abgeben. Die dem Modem von dem Rechner 26 bzw. von dem Rechner 36 zugeführten Eingabedaten werden mit der Anstiegsflanke dieses Taktes geändert. An dem empfangsseitigen Ende der Verbindungseinrichtung leitet der Empfänger wieder die Daten und den Takt ab. Die Hauptsteuerlogik 24 und die Nebensteuerlogik 36 sind nahezu einander identisch. Der Unterschied zwischen diesen beiden Einrichtungen liegt darin, welche dieser Einrichtungen die Übertragung eines Datenbits triggert. Die Hauptsteuerlogik 24 legt die Systemsteuerung fest und triggert den Sender 20 alle 32 Z-Perioden (worauf weiter unten noch näher eingegangen wird). Der Sender 30 wird durch ein Nachrichtenendesignal von dem Empfänger 32 über die Nebensteuerlogik 34 getriggert. Ein typischer Zyklus läuft dabei wie folgt ab. Der Sender 20 wird durch die Zählerstellung 32 von Z getriggert. Nach der Ausbreitungs-Verzögerungszeit nimmt der Empfänger 32 das Signal auf. Nach erfolgter Verarbeitung des Signals triggert der Empfänger 32 den Sender 30 über die Nebensteuerlogik 34. Nach einer entsprechenden Verzögerungsdauer nimmt der Empfänger 22 das von dem Sender 30 her übertragene Signal auf, und der betreffende Zyklus wird erneut wiederholt. Es sei darauf hingewiesen, daß die Ausbreitungs-Verzögerungszeit

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so sein muß, daß der Empfänger 22 das von dem Sender her übertragene Signal vor einer erneuten Aussendung durch den Sender 20 aufnehmen muß.

In Fig. 7 ist ein detailliertes Verknüpfungsdiagramm der Hauptsteuerlogik veranschaulicht. Gemäß Fig. 7 ist ein 3,8-MHz-Oszillator 122 vorgesehen, der ausgangsseitig mit einem Binärzähler 124 verbunden ist. Ein Ausgang des Zählers 124 ist mit Z¹ bezeichnet; das an diesem Ausgang auftretende Ausgangssignal wird mittels eines Inverters 126 invertiert als Signal Z abgegeben. Die Frequenz des Signals Z beträgt die Hälfte der Frequenz des Oszillator-Ausgangssignals. Das Signal Z wird dann weiter fünfmal jeweils um zwei in den Binärzählern 124 und 128 in der Frequenz untersetzt, um die Signale A, B, C, D und E zu liefern, wie dies aus Fig. 7 ersichtlich ist. Die Signale bzw. Impulse Z, A, B, C und D sind in Fig. 9a bis 9e veranschaulicht.

Die von dem Rechner 26 (Fig. 3) abgegebenen und mit SD in Fig. 7 bezeichneten Daten werden einem Inverter und einem Eingang eines NOR-Gliedes 134 zugeführt. Das Ausgangssignal des Inverters 130 wird einem Eingang eines NOR-Gliedes 132 zugeführt, und das Ausgangssignal des NOR-Gliedes 134 wird einem Eingang eines NOR-Gliedes 136 zugeführt. Dem zweiten Eingang des NOR-Gliedes 132 wird das Signal A zugeführt, während das Signal B dem zweiten Eingang des NOR-Gliedes 134 zugeführt wird. Das Ausgangssignal des NOR-Gliedes 132 wird einem ersten Eingang des NOR-Gliedes 136 zugeführt, und das Ausgangssignal des NOR-Gliedes 134 wird einem zweiten Eingang des NOR-Gliedes 136 zugeführt. Die Signale C und D werden dem ersten Eingang bzw. dem zweiten Eingang eines NOR-Gliedes 138 zugeführt, ..dessen Ausgangssignal einem ersten Eingang eines NOR-Gliedes 142 zugeführt wird. Das Signal E wird über einen Inverter 140 einem ersten Eingang des NOR-Gliedes 142 zugeführt.

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/ι a

Der zweite Eingang dieses NOR-Gliedes ist am Ausgang des NOR-Gliedes 138 angeschlossen. Die Ausgangssignale der NOR-Glieder 142 und 136 werden dem ersten Eingang bzw, dem zweiten Eingang des NOR-Gliedes 144 zugeführt, dessen Ausgangssignal folgender Punktion entspricht: F = [((C+D)·+E·)«+ ((B+SD)» + (A+SD')') '3 '· ^Das dieser Verknüpfungsfunktion P genügende Signal wird dem D-Eingang eines Flipflops Q 4 zugeführt, dessen Takteingang das Signal Z^f zugeführt wird. Das Flipflop 0.4 erfährt eine Taktsteuerung mit der Anstiegsflanke von Z¹.

Die Daten werden wie folgt codiert. Zwei Impulse mit der Dauer der Periode Z, die um die Periode Z voneinander getrennt sind, bezeichnen ein Verknüpfungssignal ⁿ1ⁿ. Ein Impuls mit dem Zweifachen der Periode von Z bezeichnet ein Verknüpfungssignal ¹¹O", Den Verknüpfungssignalen ^M1^H und ¹¹O" entsprechende Signale bzw. Signalverläufe sind in Fig. 9f und 9g veranschaulicht; diese Signale werden entsprechend der oben angegebenen Booleschen Gleichung erzeugt.

Ein Verknüpfungssignal "1" oder ein Verknüpfungssignal "O" wird am Schaltungspunkt F alle 32 Perioden von Z erzeugt. Das Ausgangssignal des Flipflops 0.4 gibt die am Schaltungspunkt F auftretenden Daten um eine Periode von Z verzögert wieder. Für ein Verknüpfungssignal "1" ist dies in Fig. 9h dargestellt.

Ein Taktsignal, welches den Rechner darüber informiert, daß Daten geändert bzw. getauscht werden können, wird aus dem Signal E abgeleitet, welches mit der Anstiegsflanke des Signals Z in das Flipflop Q5 eingetastet wird. Es sei darauf hingewiesen, daß es sich bei dieser Flanke um die entgegengesetzte Flanke jener Flanke des Signals Z handelt, die zur Eintastung des Signals F in das Flipflop 04 benutzt worden ist. Das Ü-Ausgangs-

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signal des Flipflops Q5 wird NAND-Treibergliedern 146 und 148 zugeführt, um das mit SCT bezeichnete Taktsignal abzuleiten. Es ist sicher, .Daten mit der Anstiegsflanke des Signals SCT zu ändern.

Das von dem Empfänger abgegebene Ausgangssignal wird dem einen Eingang eines NAND-Gliedes 150 über einen Inverter 152 zugeführt. Wie oben ausgeführt, tritt das Ausgangssignal des Empfängers dann mit niedrigem Pegel auf, wenn die Fotodiode eine Strahlung aufnimmt. Der Widerstand 154 stellt den oben erwähnten Spannungsaufbauwiaerstand für den durch einen offenen Kollektor gebildeten Ausgang des Empfängers dar.

Das Q-Ausgangssignal des Flipflops Q5 wird dem anderen Eingang des NAND-Gliedes 150 zugeführt. Dies hat zur Wirkung, daß der Empfänger dann unwirksam geschaltet ist, wenn der "Sender eingeschaltet ist. Wenn der Empfänger nicht derart unwirksam gemacht wäre, würden Reflexionen des ausgesendeten Signals empfangen. Außerdem wird durch diese Maßnahme die Möglichkeit eines elektronischen Nebensprechens von dem Sender her eliminiert. Das Sperrsignal von dem Flipflop Q5 ist in Fig. 9i veranschaulicht.

Das Ausgangssignal des NAND-Gliedes 150 wird dem Takteingang eines Flipflops Q1 zugeführt, und außerdem wird das betreffende Ausgangssignal nach Invertierung mittels eines Inverters 156 den Takteingängen von Flipflops 02 und Q3 zugeführt. Die Flipflops Q1,Q2 und Q3 decodieren das empfangene Signal zu einem Datensignal und einem Taktsignal. In Fig. 10a und 10b sind der Verlauf des Signals A bzw. der Verlauf eines typischen Empfänger-Ausgangssignals veranschaulicht. Die Flipflops Q1,Q2 und Q3 sind zunächst zurückgesetzt. Es sei darauf hingewiesen, daß die Vorderflanke der empfangenen Impulse zu einer Taktsteuerung der Flipflops Q2 und Q3 führt, während die

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Rückflanken der empfangenen Impulse eine Taktsteuerung des Flipflops Q1 bewirken» Die erste Vorderflanke bewirkt das Setzen des Flipflops Q3, wie dies in Fig. 1Oe veranschaulicht ist. Das Flipflop Q2 wird auf den Wert des Flipflops Q1 gesetzt, welcher Wert zu diesem Zeitpunkt Null ist. Dies führt zu keiner Änderung bezüglich des Flipflops Q2. Da das Flipflop Q3 nunmehr gesetzt ist, wird das Rücksetzsignal von dem Flipflop QT beseitigt. Das Flipflop Q3 wird zurückgesetzt, wenn das (5-Ausgangssignal des Flipflops Qh einen niedrigen Wert annimmt. Dies ist in Fig. 1Oi veranschaulicht.

Nachdem das Flipflop Q3 gesetzt worden ist, bewirkt die erste auftretende Abfallflanke des empfangenen Signals das Setzen des Flipflops Q1. Wenn das empfangene Signal aus einem einzelnen Impuls besteht, dann verbleibt das Flipflop Q2 im Verknüpfungszustand "0ⁿ. Wenn das empfangene Signal aus zwei Impulsen besteht, dann wird das Flipflop Q2 durch die zweite Vorderflanke gesetzt, da nämlich das Flipflop Q1 bereits gesetzt worden ist. Das Ausgangssignal des Flipflops Q2 gibt das empfangene Datensignal RD nach Pufferung in NAND-Gliedern 158 und 16O wieder. Die Zeitspanne, die erforderlich ist, um das Flipflop Q2 von der ersten Vorderflanke des empfangenen Signals ausgehend in seinen Endzustand zu bringen, beträgt zwei Perioden des Signals Z. Dies entspricht der Zeitspanne zwischen der ersten Vorderflanke und der zweiten Vorderflanke, wenn ein Doppelimpuls empfangen wurde. In Fig. 10c,10d und 1Oe sind die Verläufe von Signalen veranschaulicht, die den Ausgangssignalen der Flipflops Q1, Q2 bzw, Q3 entsprechen.

Ein durch die Aufnahme von Daten festgelegtes, mit SCR bezeichnetes Taktsignal wird von den NAND-Trelbergliedern 162 und 164 erzeugt, deren jedes mit einem seiner Eingänge auf einem hohen Pegel festgelegt ist,

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während der andere Eingang der betreffenden Eingänge am Q"-Ausgang des Flipflops Q5 angeschlossen ist. In Fig. 8 ist in einem detaillierten Verknüpfungsdiagramm die Nebensteuerlogik veranschaulicht. Wie oben ausgeführt, ist diese Verknüpfungsschaltungsanordnung nahezu identisch mit der Verknüpfungsschaltungsanordnung der Hauptsteuerlogik. Infolgedessen sind auch entsprechende Elemente mit entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet. Im folgenden werden lediglich die unterschiede zwischen der Nebensteuerlogik und der Hauptsteuerlogik erläutert.

Wenn das Flipflop Q3 gesetzt ist, wird ein. dem Zähler zugeführtes Rückstellsignal wie das Rückstellsignal für das Flipflop Q1 beseitigt. Der Zähler 166 beginnt nunmehr die Abfallflanken des Signals A zu zählen. Da das Signal A und das empfangene Signal asynchron sind, existiert eine Periode A der Ungewißheit darüber, wann der Zähler 166 mit dem Zählen beginnen wird. Wenn das Rückstell- bzw. Rücksetzsignal gleichzeitig mit der Abfallflanke des Signals A bes_J3itigt wird, dann tritt an dem QA-Ausgang des Zählers 166 eine auch als Spike bezeichnete Signalspitze auf, die durch den Kondensator 172 ausgefiltert wird.

Nach Auftreten von zwei Abfallflanken des Signals A führt der einer Untersetzung um vier entsprechende Ausgang (QB) des Zählers 166 einen hohen Signalpegel, wodurch der Zähler 128 zurückgestellt wird. Die Ausgangssignale QA und AB des Zählers 166 sind in Fig. 1Of bzw. 10g veranschaulicht. Zu diesem Zeitpunkt tritt das Signal A ebenfalls mit niedrigem Pegel auf, da es gerade einer Abfallflanke ausgesetzt worden ist.

Somit bewirkt der Zähler 128 das Zurücksetzen der Signale B, C, D und E. Wenn alle diese Signale mit niedrigem Pegel auftreten, tritt das der Funktion F genügende Signal für das Flipflop Q5 mit hohem Signalpegel auf, wie dies in Fig. 10h veranschaulicht ist.

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Mit der nächsten Anstiegsflanke des Signals Z^f, welche Flanke einer Anstiegsflanke des Signals A entspricht da nämlich das Signal A einen niedrigen Pegel besitzt erfolgt eine Taktsteuerung des Flipflops 0.4, welches ein Signal mit hohem Pegel abgibt, wie dies in Fig.1Oi veranschaulicht ist. Damit wird der Sender eingeschaltet. Es sei darauf hingewiesen, daß das Flipflop Q5 durch Taktsteuerung eine halbe Periode des Signals Z früher ein den Empfänger unwirksam machendes Signal mit niedrigem Pegel abgegeben hat. Der Sender führt einen hohen Signalpegel, wodurch das Flipflop Q3 zurückgesetzt wird. Dadurch wird das Flipflop Q1 zurückgesetzt, und außerdem wird der Zähler 166 zurückgestellt.

Die Wirkung dieser Operation besteht darin, daß der mit der Nebensteuerlogik verbundene Sender um drei bis fünf Perioden des Signals Z nach Auftreten der Vorderflanke eines empfangenen Signals zu arbeiten beginnt. Die Nebensteuerlogik verwendet eine gewisse zusätzliche Verknüpfungsschaltungsanordnung, d.h. ein NOR-Glied und einen Inverter 170. Durch diese Verknüpfungsschaltungsanordnung wird der Zähler 128 unwirksam gemacht, wenn das Signal E mit hohem Signalpegel auftritt. Dadurch ist verhindert, daß der mit der Nebensteuerlogik verbundene Sender alle 32 Perioden des Signals Z sendet. Er sendet vielmehr lediglich dann, wenn er durch seinen zugehörigen Empfänger ausgelöst bzw. getriggert wird.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Taktsignale sowohl bei der Hauptsteuerlogik als auch bei der Nebensteuerlogik mit derselben Frequenz bzw. Übertragungsrate auftreten müssen, da das empfangene Signal in den zugeteilten drei bis fünf Perioden des Signals Z verarbeitet werden muß.

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Is sei ferner darauf hingewiesen, daß in der Hauptsteuerlogik das Ü-Ausgangssignal des Flipflops Q5 für das Empfänger-Taktsignal verwendet wird. Die Abfallflanke des betreffenden Signals entspricht dem Zeitpunkt, zu dem der angeschlossene Sender mit dem Betrieb beginnt. In der Nebensteuerlogik wird das Q-Ausgangssignal des Flipflops Q5 dazu herangezogen, das Empfängertaktsignal über NAND-Treiberglieder 174 und 176 zu bilden. Die Abfallflanke des betreffenden Signals tritt zu einem Zeitpunkt auf, der 8 ,us nach dem Zeitpunkt liegt, zu dem der mit der Nebensteuerlogik verbundene Sender mit dem Senden beginnt.

Der Vollständigkeit halber ist nachstehend eine Liste der Bauelemente angegeben, die bei der oben beschrie-Denen Ausführungsform verwendet sind, wobei die für die betreffenden Bauelemente geeigneten Werte aufgeführt sind.

Bezugszeichen Wert

56

58

72

86

90

100 102 104 106 151 172

64

76

80

220/uF

50/uF

3300 pF

1/uF

2,2/uF 1/uF 8/uF 8,uF 8/uF 8/uF 2000 pF 2000 pF 10 kOhm 51 0hm 910 0hm

Bezugszeichen

82

84

88

92

94 108 114 116 154 131

54

96

98 110 112

Wert

4,7 kOhm 91 Ohm 91 Ohm

3 k'Ohm 100 Ohm 316 Ohm 150 kOhm 422 kOhm 1 k.Ohm 110 Ohm 47/uH RCA 44936 RCA 44936 1N4742 1N5279

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Durch die Erfindung ist also eine Lichtleiterübertragungs-Verbindungseinrichtung geschaffen, bei der ein einzelner Lichtleiter für eine bidirektionale Datenübertragung zwischen zwei Rechnern vorgesehen ist. Der erste Rechner ist über eine Verknüpfungssteuereinrichtung mit einem ersten Sender und einem ersten Empfänger verbunden. Der erste Sender und der erste Empfänger sind ihrerseits über einen Y-Koppler mit einem einzigen Lichtleiter verbunden. Der zweite Rechner ist in entsprechender Weise über eine Verknüpfungssteuereinrichtung mit einem zweiten Sender und mit einem zweiten Empfänger verbunden. Diese Verknüpfungssteuereinrichtung ist in entsprechender Weise über einen zweiten Y-Koppler mit dem einzigen Lichtleiter verbunden. Um auf Reflexionen zurückgehende Probleme zu minimieren, wird jeder Empfänger dann unwirksam gemacht bzw. abgeschaltet, wenn sein entsprechender Sender Daten überträgt.

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ι ^ak ·· Leerseite

Claims

DIPL. ING. HEINZ BARDEHH= München,

DIPL. CHEM. DR. PETER FÜRNISS

PATENTANWÄLTE 2910497

Aktenzeichen: Unser Zeichen: P 28

Anmelder: Honeywell Information

Systems Inc.

Patentansprüche

Anordnung zur Aussendung und zum Empfang von Daten, mit einer ersten Einrichtung zur Codierung der auszusendenden Daten und mit einer zweiten Einrichtung zur Decodierung der empfangenen Daten, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lichtleiter mit zwei Enden für die Übertragung der Daten vorgesehen ist und daß eine dritte Einrichtung (2,4; 16,18) vorgesehen ist, welche ein Ende des Lichtleiters (10) mit der ersten Einrichtung (2;16) und der zweiten Einrichtung (4;18) verbindet.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sperreinrichtung (28;38) vorgesehen ist, welche die genannte zweite Einrichtung (R1;R2) in dem Fall sperrt, daß Daten von der ersten Einrichtung (T1;T2) übertragen werden.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Einrichtung einen ersten optischen Y-Koppler (2,4;16,18) enthält, der mit einem ersten Anschluß mit der ersten Einrichtung (T1;T2), mit einem zweiten Anschluß mit der zweiten Einrichtung (R1;R2) und mit einem dritten Anschluß mit dem Lichtleiter (10) verbunden ist.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Einrichtung (2,4,6;16,18,14) eine erste Datenquelle (26) enthält, die auszusendende

909043/5640

Kanzlei: Herrnstraße 15, München 23

Daten bereitstellt, daß mit der ersten Datenquelle (26) eine erste Verknüpfungseinrichtung (24) verbunden ist, welche die zu übertragenden Daten codiert, und daß mit der ersten Verknüpfungseinrichtung (24) und dem ersten Anschluß des optischen Y-Kopplers (2,4) eine erste Lichtquelle verbunden ist, die für die von der genannten ersten Datenquelle (26) abgegebenen Daten charakteristische Lichtsignale zu erzeugen vermag.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Lichtquelle eine Infrarot-Diode (42) ist.
6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Datenquelle ein Rechner (26) ist.
7. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung einen an dem zweiten Anschluß angeschlossenen ersten Lichtdetektor (6'2) enthält, der über den Lichtleiter (10) übertragene und aufgenommene Licht-Daten zu ermitteln gestattet, und daß eine zweite Verknüpfungseinrichtung (34) vorgesehen ist, die mit dem ersten Licht-Detektor derart verbunden ist, daß sie die empfangenen Licht-Daten zu decodieren gestattet,
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Licht-Detektor eine Fotodiode (62) enthält.
9. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß vierte Einrichtungen (30) zur Decodierung der an die zweite Einrichtung (22) auszusendenden Daten

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vorgesehen sind, daß fünfte Einrichtungen (32) zur Decodierung der von der ersten Einrichtung (20) ausgesendeten Daten vorgesehen sind und daß sechste Einrichtungen (12,16,18) vorgesehen sind, die das andere Ende des Lichtleiters (10) mit der vierten Einrichtung (30) und mit der fünften Einrichtung (32) verbinden.
10. Anordnung nach Anspruch 9> dadurch gekennzeichnet, daß mit der vierten Einrichtung (30) und mit der fünften Einrichtung (32) eine Triggereinrichtung (34) verbunden ist, welche die vierte Einrichtung (30) in dem Fall triggert, daß die fünfte Einrichtung (32) ihre Decodierung von empfangenen Daten beendet hat.
11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die sechste Einrichtung einen zweiten Licht-Y-Koppler (16,18) enthält, der mit einem ersten Anschluß mit der vierten Einrichtung (30), mit einem zweiten Anschluß mit der fünften Einrichtung (32) und mit einem dritten Anschluß mit dem genannten anderen Ende des Lichtleiters (10) optisch gekoppelt ist.
12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte Einrichtung eine zweite Datenquelle (36) umfaßt, welche zu übertragende Daten bereitstellt, daß mit der zweiten Datenquelle eine dritte Verknüpfungseinrichtung (34) gekoppelt ist, welche von der betreffenden zweiten Datenquelle (36) abgegebene Daten zu codieren gestattet, undd daß mit der dritten Verknüpfungseinrichtung (34) und dem ersten Anschluß des zweiten Licht-Y-Kopplers eine zweite Lichtquelle (42) gekoppelt ist, die

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für die von der zweiten Datenquelle (36) abgegebene Daten charakteristische Lichtsignale zu erzeugen vermag.
13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Lichtquelle (42) eine Infrarot-Diode ist.
14. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem zweiten Anschluß des zweiten Licht-Y-Kopplers (16,18) ein zweiter Licht-Detektor (62) gekoppelt ist, der über den Lichtleiter (10) übertragene Lichtsignale zu ermitteln gestattet, und daß mit dem zweiten Licht-Detektor vierte Verknüpfungseinrichtungen verbunden sind, welche die durch den zweiten Licht-Detektor (62) ermittelten Licht-Signale zu decodieren gestatten.
15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Licht-Detektor (62) eine Fotodiode enthält.

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