DE29720533U1

DE29720533U1 - Schaltungsanordnung zur leitungsgebundenen Spannungssignalübertragung

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Publication number: DE29720533U1
Application number: DE29720533U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1997-11-19
Filing date: 1997-11-19
Publication date: 1998-02-19
Anticipated expiration: 2007-11-20

Description

Schaltungsanordnung zur leitungsgebundenen Spannungssignalübertragung
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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur leitungsgebundenen Spannungssignalübertragung mit Kompensation des leitungsbedingten Spannungsabfalls.

Zur Übertragung von Spannungssignalen allgemein, insbesondere solchen von (Inkremental-)Gebersystemen, sind in der Elektrotechnik im wesentlichen folgende Schnittstellen bekannt:

1. HTL-Schnittsteile,

2. TTL-Schnittstelle,

3. lluA_gs-Schnittsteile,

4. 1 Vss-Schnittstelle.

Zu 1.: Die HTL-Schnittstelle liefert zwei um 90° versetzte 0 Rechtecksignale mit 12 V Pegeln. Als Vorteile besitzt sie:

- großen Störabstand,

- hohe Störsicherheit,

- Eignung für große Übertragungsstrecken.

Jedoch sind auch folgende Nachteile in Kauf zu nehmen:

- keine standardisierten Schnittstellenbausteine sind einsetzbar,

- nur geringe Übertragungsfrequenzen sind möglich,

- Interpolationsfaktor ist auf Faktor 4 begrenzt. 30

Die HTL-Schnittstelle findet aus diesen Gründen nur noch in Ausnahmefällen Anwendung.

GR 97 G 3875

*t

Zu 2.: Die TTL-Schnittstelle liefert ebenfalls zwei um 90° versetzte Rechtecksignale mit den Pegeln nach RS 422. Die Vorteile dieser Schnittstelle sind:

- relativ großer Störabstand,
- hohe Störsicherheit,

- hohe Übertragungsfrequenzen,

- Einsatz von standardisierten Schnittstellenbausteinen ist möglich.

Als Nachteile sind jedoch in Kauf zu nehmen:

- Interpolationsfaktor ist auf Faktor 4 begrenzt,

- die maximale Übertragungsfrequenz bestimmt entweder die Auflösung (beispielsweise bei Anwendung eines Gebersystemes bei vorgegebener Drehzahl) oder entsprechend die Maximaldrehzahl des Gebersystems (bei vorgegebener Auflösung).

Die TTL-Schnittstelle ist derzeit bei Anwendungsfällen Standard, bei denen keine hohen Auflösungen in Verbindung mit hohen Übertragungsgeschwindigkeiten verlangt werden. 20

Zu 3 . : Die 11 &mgr;A_S3-Schnittstelle liefert zwei um 90° versetzte Sinussignalfolgen mit 11 yA_ss-Signalen. Die daraus resultierenden Vorteile sind:

- hohe Interpolationsfaktoren sind möglich, - eine Sinusübertragung ist möglich.

Als Nachteile treten auf:

- geringe Störsicherheit,

- geringe Leitungslängen (20 m).
30

Beim Einsatz bei Inkremental-Gebersystemen läßt sich ein einfacher Aufbau nur bei optischen Gebersystemen erreichen. Die 11 pA_S3-Schnittstelle wird nach und nach durch die nachfolgende Spannungsschnittstelle abgelöst. 35

GR. 97 G 3875

Zu 4.: Die 1 V_ss-Schnittstelle liefert ebenfalls zwei um 90° versetzte Sinussignalfolgen mit 1 V_ss-Signalen. Damit sind erheblich größere Vorteile erzielbar als mit den im vorangehenden geschilderten Schnittstellen, nämlich: - hohe Interpolationsfaktoren sind möglich,

- höherer Störabstand als bei 11 uA_ss-Schnittstelle,

- größere Übertragungslängen als bei der 11 uA_ss-Schnittstelle (100 m),

- Sinusübertragung ist möglich.
10

Die damit verbundenen Nachteile sind:

- die Signalgröße und damit der Störabstand wird mit zunehmender Kabellänge immer kleiner,

- größere Übertragungslängen als 100 m sind nur durch Vergrößern der Kabelquerschnitte möglich.

Da beim Einsatz von Inkremental-Gebersystemen eine Tendenz zu immer höheren Auflösungen und Drehzahlen besteht, gewinnt die 1 V_ss-Schnittstelle immer mehr an Bedeutung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das im vorangehen geschilderte Problem des proportional zur Kabellänge abnehmenden Störabstandes für beliebige leitungsgebundene Spannungssignalübertragungen zu lösen. Darüber hinaus soll eine Kompatibilität zu der unter Punkt 4 dargestellten 1 Vss-Schnittstelle erreicht werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß auf einer Senderseite ein zu übertragendes Spannungssignal mit einer spannungsgesteuerten Stromquelle in einen Strom wandelbar ist, wobei die Stromquelle so dimensioniert ist, daß eine Spannung am Ausgang der Stromquelle bei vergrößerter Leitungslänge proportional zum Leitungswiderstand so ansteigt, daß auf einer Empfängerseite eine zugehö-5 rige Spannung immer der gewünschten Sollspannung entspricht.

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In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung wird aus Störfestigkeitsgründen auch eine Differenzsignalübertragung ermöglicht. Dies geschieht dadurch, daß ein Impedanzwandler und ein nachgeschalteter invertierender Verstärker zur Bildung einer invertierten Spannung am Ausgang der Stromquelle vorgesehen sind.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung löst das der Erfindung zugrundeliegende Problem für den Einsatz von Inkremental-Gebersystemen zur Lage- und Drehzahlerfassung.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich anhand der Unteransprüche und in Verbindung mit den im folgenden geschilderten vorteilhaften Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigen:

FIG 1 Prinzipskizze der Schaltungsanordnung zur leitungsgebundenen Spannungssignalübertragung mit Kompensation des leitungsbedingten Spannungsabfalls und

FIG 2 Blockschaltbild einer möglichen Realisierung der Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung.

In der Darstellung gemäß FIG 1 ist eine Prinzipskizze einer Schaltungsanordnung zur leitungsgebundenen Spannungssignalübertragung mit Kompensation des leitungsbedingten Spannungsabfalles für eine Differenzsignalübertragung gezeigt. Das von beispielsweise einem beliebigen Sensorelement gelieferte 0 Spannungssignal U_s, welches im Falle des Einsatzes beispielsweise eines Inkremantal-Gebersystems ein Maß für die Wegbzw. Winkeländerung sein kann, wird durch eine spannungsgesteuerte Stromquelle 1 in einen Strom I umgewandelt. Am Ausgang der Stromquelle 1 steht eine Spannung Ul auf Senderseite S an.

GR 97 G 3875

Die Senderseite S ist mit der Empfängerseite E über eine Lei tung L verbunden, welche den Leitungswiderstand R_Ltg besitzt.

Die spannungsgesteuerte Stromquelle 1 auf Senderseite S ist dabei so dimmensioniert, daß sich bei einer Leitungslänge L

von 0 Meter - entspricht einem Leitungswider stand R_Ltg = 0&OHgr; eine Spannung Ul und damit auch auf Empfängerseite E eine Spannung U2 einstellt, die den gewünschten Wert und Signalverlauf besitzt.
10

Damit ergibt sich beispielsweise für die Spannung Ul:

Ul = U2 = Ub + Misoiisin{G)t)

Vergrößert sich die Leitungslänge L - die entspricht einem Leitungswider stand R_Ltg > 0&OHgr; - so steigt die Spannung Ul auf Senderseite S proportional zum Leitungswider stand R_Ltg an, so daß die Spannung U2 auf Empfängerseite E immer der gewünschten Sollspannung U_s entspricht.

Damit ergibt sich folgender Zusammenhang:

Ul = Ub + (R_Ltg *I + «isoii)sin{cot)

U2 = Ub + «i

Das zu einer Differenzsignalübertragung benötigte, zur Spannung Ul invertierte Signal wird auf Senderseite S erzeugt, indem die Spannung Ul über einen Impedanzwandler 2 und einen diesem nachgeschalteten invertierenden Verstärker 3 invertiert wird. Für diese invertierte Spannung Ul* gilt folgender Zusammenhang: ■·

0 Ul* = Ub - (RLcg *I + «lsoii)sin(CDt)

Zur Differenzsignalübertragung werden die Spannung Ul und die dazu invertierte Spannung Ul* jeweils über eine Leitung mit

GR 97 G 3875 ... , .,

• *

dem Leitungswiderstand Ri_Cg auf die Empfängerseite E übertragen, wo sie als Spannungen U2 bzw. U2* anstehen. Der Innenwiderstand auf Empfängerseite E ist in der Darstellung gemäß FIG 1 beispielhaft in Form eines Abschlußwiderstandes IWchiuß veranschaulicht.

In der Darstellung gemäß FIG 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform der prinzipiellen Schaltungsanordnung nach FIG 1 dargestellt. Als spannungsgesteuerte Stromquelle kommt ein erster Operationsverstärker OPl zum Einsatz, welcher in der bekannten Weise als Differenzverstärker geschaltet ist. Der Operationsverstärker OPl ist an seinem invertierender Eingang mit einer Bezugsspannung U_B und an seinem nicht-invertierenden Eingang mit der Sollspannung Us beaufschlagt.

Der Impedanzwandler 2 wird durch einen zweiten Operationsverstärker 0P2 realisiert, welcher als Spannungsfolger bzw. Impedanzwandler geschaltet ist. Dieser zeichnet sich durch einen sehr hohen Eingangswiderstand und einen niedrigen Ausgangswiderstand aus.

Dem 0P2 nachgeschaltet ist ein weiterer Operationsverstärker 0P3, der als invertierender Verstärker mit Parallel-Spannung-Gegenkopplung geschaltet ist und der ausgangsseitig das invertierte Spannungssignal Ul* bereitstellt. Als Bezugsspannung dient die Sollspannung U₃. Der übrige Teil der Darstellung entspricht dem bereits anhand von FIG 1 geschilderten Aufbau. Die maximal mögliche Kabellänge L ist mit dieser bevorzugten Ausgestaltung nur durch die maximale Ausgangsspannung der Operationsverstärker OPl und 0P3 begrenzt.

Die technische Lehre gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht lediglich auf die eingangs geschilderte Übertragung von Gebersignalen beschränkt, sondern sie ist allgemein anwendbar

GR 37 G 3875

auf Signalübertragungen, bei denen eine Spannungsübertragung angewendet wird.

Claims

GR 97 G 3875 . &ldquor; , . Schutzansprüche

1. Schaltungsanordnung zur leitungsgebundenen (L) Spannungssignalübertragung mit Kompensation des leitungsbedingten Spannungsabfalls, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Senderseite (S) ein zu übertragendes Spannungssignal (U_s) mit einer spannungsgesteuerten Stromquelle (1) in einen Strom (I) wandelbar ist, wobei die Stromquelle (1) so dimensioniert ist, daß eine Spannung (Ul) am Ausgang der Stromquelle (1) bei vergrößerter Leitungslänge (L) proportional zum Leitungswider stand (R_Ltg) so ansteigt, daß auf einer Empfängerseite (E) eine zugehörige Spannung (U2) immer der gewünschten Sollspannung (U_s) entspricht.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 zur Differenzsignalübertragung, dadurch gekennzeichnet, daß auf Senderseite (S) ein Impedanzwandler (2) und ein nachgeschalteter invertierender Verstärker (3) zur Bildung einer invertierten Spannung (Ul*) am Ausgang der Stromquelle (1) vorgesehen sind.

3. Inkremental-Gebersytem zur Lage- oder Drehzahlerfassung, wobei das zu übertragende Spannungssignal (Us) ein Maß für die Weg- bzw. Winkeländerung ist, mit einer Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2.