DE3043082C2

DE3043082C2 - Schaltungsanordnung zum Empfangen und Bewerten von Gleichstromzeichen

Info

Publication number: DE3043082C2
Application number: DE19803043082
Authority: DE
Inventors: Giselher Dipl.-Ing. 8000 München Eckel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-11-14
Filing date: 1980-11-14
Publication date: 1983-09-29
Also published as: DE3043082A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In Anschlußschaltungen der Fernschreib- und Datentechnik, bei denen eine galvanische Trennung zwischen den Leitungen und den Endgeräten gefordert oder erwünscht ist, werden in zunehmendem Maße Übertragungselemente eingesetzt, die zwar eine lineare Übertragung der Signalzustände auf den Leitungen gestatten, bei denen jedoch die Übertragung absoluter Werte erheblichen Schwankungen unterworfen ist. Ein typisches Beispiel dafür stellen die Optokoppler dar. In Bewertungsschaltungen mit Schwellwertverhalten werden Signalzustände z. B. als Strom- oder Pausenschritte von Fernschreibzeichen erkannt. Ein dabei auftretendes Problem besteht darin, daß der Übertragungsfaktor von Optokopplern nicht konstant ist. Zum einen liegen bereits bei neuwertigen Bauelementen dieser Art die Werte für den Übertragungsfaktor innerhalb eines größeren Toleranzbereiches, so daß für den Einsatz in Schaltungen mit hohen Qualitätsanforderungen entweder aufwendige Voruntersuchungen mit entsprechender Auswahl oder mindestens ebenso hohe Aufwendungen für nachträgliche Einstellungen erforderlich sind. Der Übertragungsfaktor von Optokopplern ändert sich aber auch in Abhängigkeit von der Temperatur und von ihrer Einsatzzeit. Wenn auch mit einer solchen Änderung die Linearität nicht wesentlich gestört wird, so hat das doch einen störenden Einfluß auf die absolute Zuordnung zwischen dem auf der Leitung übertragenen Linienstrom und dem vom Optokoppler an eine Bewerterschaltung weitergegebenen Signal.

Um einen Verlust dieser Zuordnung zu vermeiden bzw. die korrekte Zuordnung wieder herzustellen, ist eine individuelle Einstellung erforderlich, die unter Umständen mehrmals, z. B. periodisch, wiederholt werden muß. WiM man diesen Aufwand vermeiden, so muß in den Fällen, in denen Optokoppler eingesetzt werden, eine Bewertung der empfangenen Telegrafiezeichen vor der galvanischen Trennung durchgeführt werden.

In Empfangsschaltungen für digitale Daten ist es bekannt (GB-PS 20 24 572), die von einem eintreffenden Zeichen gewonnenen Spannungswerte zu speichern und einem Bewerter für einen Vergleichsvorgang zuzuführen. Damit ist jedoch nur ein beschränkter Korrekturausgleich von Toleranzabweichungen erreichbar. Insbesondere können damit die durch Verzerrungen oder durch Einschwingvorgänge verursachten Abweichungen nicht ausgeglichen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung anzugeben, die eine sowohl vom Streubereich als auch von der durch Temperatureinflüs se und Alterung bedingten Änderung des Übertragungsfaktors der galvanisch trennenden Übertragungsele- mente, weitgehend unabhängige Bewertung empfangener Fernschreib- oder Datenzeichen, ermöglicht, wobei zugleich auch die durch Verzerrungen oder Einschwingvorgänge verursachten Einflüsse berücksichtigt werden.

Diese Aufgabe wird gemäß dem Kennzeichen des "> Patentansprucns 1 gelöst.

Mit der erfindungsgemäßen Schaltung ist es in vorteilhafter Weise möglich, den Spannungswert des übertragenen Gleichstromsignals, d. h. also den Wert des Linienstroms im eingeschwungenen Zustand abzuspeichern und mit dieser abgespeicherten Spannung den Abtastpunkt der Empfangsanordnung zu verändern. Die neue Schaltung ist vom Streubereich, von der Temperaturabhängigkeit und von der alterabhängigen Veränderung des Übertragungsfaktors der verwendeten Übertragungselemente unabhängig, so daß ein individueller Abgleich bzw. »ine Nachregelung in bestimmten Zeitabständen nicht erforderlich ist. Die Schaltung ist mit gleichen Vorteilen für Einschwellenabtastung und, mit geringfügigen Modifikationen, auch für Mehrschwellenabtastung einsetzbar.

In Ausgestaltung der Erfindung finden als Speicher Einrichtungen vom sogennannten Sample-and-Hold-Typ Verwendung. Eine im Rahmen der Erfindung liegende Ausgestaltung besteht darin, die Einspeicherimpulse für den Speicher durch einen Differentiator zu bilden.

Da die neue Schaltung zum Ausgleich der Toleranzabweichungen bzw. zum Ausgleich der Änderungen des Übertragungsfaktors abspeichert und dieser Wert dann als Maß für die Bewertung der empfangenen Zeichen dient, ist man zusätzlich von der Genauigkeit der Einstellung des Linienstromes unabhängig und kann weiterhin verschiedene Normwerte der Linienströme ohne Umschaltung richtig bewerten.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Dabei zeigt

F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel,

Fig. 2, Fig. 3 und Fig.4 zeigen jeweils ein Impulsdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung nach F i g. 1 und

Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einem Differentiator zur Erzeugung des Einspeichertaktes.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind dem Optokoppler OK, der eingangsseitig durch den auf der Leitung fließenden Liniensirom IL entsprechend den übertragenen Zeichen gesteuert wird, ausgangsseitig zwei hintereinanderliegende Speicher Sl und 52 nachgeschaltet. Zur Steuerung der Einspeicherung sind dementsprechend zwei Zeitschaltungen ZS 1 und ZS 2 vorgesehen, von denen die erste über den Ausgang KA des als Bewerter vorgesehenen !Comparators K und die zweite über den Ausgang der ersten Zeitschaltung einschaltbar ist. Der Ausgang der des zweiten Speichers S 2, der wiederum den Vergleichswert UV für den Bewertungsvorgang im Komparator liefert, ist über den Spannungsteiler R 1, R 2 mit dessen einem Eingang verbunden. Der zweite Eingang des Komparaotrs ist mit dem Ausgang des Optokopplers OK verbunden. Auf eine dritte Zeitschaltung ZS3, die ebenfalls am Komparatorausgang KA angeschlossen ist, und die nach ihrer Ansteuerung nach Ablauf einer weiteren Zeitdauer όί 3 einen Ausgangsimpuls TS 3 an die erste Zeitschaltung ZS1 abgibt, wird später näher eingegangen. Zunächst wird die Wirkungsweise der Schaltung ohne diese Zeitschaltung ZS3 beschrieben, wozu auch auf die in den F i g. 2 und 3 dargestellten Impulsdiagramme vei wiesen wird.

Der Grenzwert der Abflachung und der Verzerrung für eine noch brauchbare Übertragung ist dadurch gegeben, daß am Ende eines Schrittes der Endwert des Stromes gerade noch erreicht wird. Eine sichere Bewertung des eingeschwungenen Zustandes eines über die Leitung übertragenden Zeichens ist also dann gewährleistet, wenn mindestens zwei Schritte mit Stoppolarität aueinander folgen. Dieser Zustand tritt in der Praxis des Fernschreibbetriebes in kurzen Abständen immer wieder auf. Es muß also sichergestellt sein, daß die Abspeicherung des Stromwertes in den ersten Speicher 5 1 etwa nach Ablauf einer Schrittlänge, und die Abspeicherung des Stromwertes im zweiten Speicher S 2 etwa nach Ablauf einer weiteren Schrittlänge unter der Voraussetzung stattfindet, daß auch währen dieser zweiten Schrittdauer kein Wechsel der Schrittpolarität im Zeichen stattgefunden hat. Wie in Fig. 2 dargestellt, enthält das über die Leitung übertragene Zeichen zwei Stops jhritte (Zeile 1 in Fig.2). Unter der Annahme, daß im zweiten Speicher 52 z. B. bedingt durch den im Schreibruhezustand auf der Leitung fließenden Strom, ein Vergleichswert U V= US abgespeichert ist, bewertet der Komparator K das Überschreiten des durch den Spannungsteiler R 1, R 2 eingestellten Schwellwertes USWzum Zeitpunkt r1 (Zeile 2 in F i g. 2). Damit wird die erste Zeitschaltung ZSi eingeschaltet, der Ausgangsimpuls TSl nach Ablauf der Zeitdauer όί 1 zum Zeitpunkt 12 abgegeben, und das Signal US in den ersten Speicher 51 übernommen (Zeile 4 in F i g. 2). Zugleich wird damit die zweite Zeitschaltung Z52 eingeschaltet. Nach Ablauf der weiteren Zeitdauer or 2 gibt auch diese zum Zeitpunkt /4 einen Ausgangsimpuls Γ52 ab. Da in diesem Falle der Schwellwert vor Ablauf der zweiten Zeitdauer or 2 nicht unterschritten wurde, wird damit das Signal in den zweiten Speicher S 2 übernommen (Zeile 5 in Fig. 2). In beiden Speichern 51 und 52 werden die dort bereits vorhandenen Werte jeweils sozusagen erneuert.

Es war angenommen worden, daß zu Beginn des beschriebenen Vorganges der zweite Speicher 5 2 einen Vergleichswert UV= US enthält. Diese Voraussetzung gilt z. B. dann nicht, wenn die Schaltung erstmals angeschlossen oder eingeschaltet wird. In diesem Fall ist der zweite Speicher 52 beim Anschalten an die Leitung noch leer, d. h„ der Vergleichswert UV hat den Wert 0. Da dieser Wert das Maß für die Bewertung im Komparator K darstellt, wird die Abtastschwelle in diesem Fall unmittelbar nach der Anschaltung, d. h. zum Zeitpunkt r0 überschritten. Wie in F i g. 2, Zeilen 4 und 5 strichpunktiert eingetragen ist, enthält aber auch in diesem Fall nach Ablaufeines Zeitraumes or 1 +or 2 der zweite Speicher 52 den richtigen Wert für die Signalspannung US und liefert damit den für eine folgende richtige Bewertung erforderlichen Vergleichsspannungswert UV.

Im Falle eines Regelvorgangs für den Linienstrom IL, bei dem dieser langsam auf seinen Nominalwert, beispielsweise auf Werte 20.40,60 mA, eingeregelt wird, übernimmt der zweite Speicher 5 2 periodisch die zum eingeschwungenen Zustand des Linienstromes proportionale maximale Spannung für das Signal US.

Mit der beschriebenen Schaltung wird verhindert, daß ein Signal, das kleiner ist als der Maximalwert der Signalspannung US vom ersten Speicher S I in den zweiten Speicher S 2 übernommen wird. Eine fehlerhafte Bewertung von Zeichen wird damit vermieden. Ein Beispiel dafür zeigt F i g. 3. Dort wird angenommen, daß ein zwei Stopschritte umfassendes Zeichen mit nacheilender Verzerrung eintrifft (Zeile 1 in Fig. 3). Bei Überschreitung des Schwellwertes US Wzum Zeitpunkt r1 (Zeile 2 in F i g. 3), gibt der Komparator K an seinem Ausgang KA ein Signal ab (Zeile 3 in Fi g. 3), mit dem die erste Zeitschaltung ZSX eingeschaltet wird. Nach Ablauf der Zeitdauer 6t 1 wird durch Abgabe des Ausgangsimpulses TS1 das Signal US in den ersten Speicher Sl übernommen, d.h. im dargestellten Beispiel, dessen Speicherinhalt erneuert (Zeile 4 in Fig. 3) und zugleich die zweite Zeitschaltung ZS 2 eingeschaltet. Nach Ablauf der dort eingestellten Zeitdauer 6t 2 wird auch von dieser zum Zeitpunkt <5 der Ausgangsimpuls TS 2 abgegeben. Allerdings ist hier der Stopschritt des eintreffenden Zeichens bereits zum Zeitpunkt i3 beendet und der Schwellwert zum Zeitpunkt r4 unterschritten worden. Eine Übernahme des Signals vom ersten Speicher S t in den zweiten Speicher S 2 unterbleibt in diesem Fall. Vielmehr bleibt im zweiten Speicher S 2 der vorherige Zustand erhalten, und beide Zeitschaltungen ZS 1 und ZS 2 zurückgesetzt. Die beschriebene Wirkungsweise ist nicht auf eine einzige Telegrafiergeschwindigkeit beschränkt. Für die Auswertung von Zeichen, die mit verschiedenen Telegrafiergeschwindigkeiten übertragen werden, wird die Zeitdauer or 1 und or 2 entsprechend der Schrittlänge der jeweils höchsten Telegraficrgcschwindigkeit eingestellt. Das hat den Vorteil, daß eine Umschaltung entsprechend der gewählten Telegrafiergeschwindigkeit entfallen kann.

Um sicherzustellen, daß bei Dauerstoppolarität auf der Leitung der Maximalwert der Signalspannung US periodisch in den zweiten Speicher S 2 abgespeichert wird, wird der Zustand, der am Ausgang KA des !Comparators K vorliegt, durch die beiden Zeitschaltungen ZSl und ZS 2 in der Weise bewertet, daß nach Ablauf der eingestellten Zeitdauer <$rl und 6t 2 diese jeweils zurückgesetzt werden, und erneut der Start eines Zeitablaufes eingeleitet wird. Auf diese wird ein beispielsweise durch Leckströme der verwendeten Speicher verursachtes Absinken des Vergleichswertes vermieden.

Beim Einsatz der beschriebenen Schaltung können einige Sonderfälle auftreten, von denen das Einschalten bereits in Γ i g. 2 erläutert wurde. Neben diesem Fall, bei dem das übertragene Signal im eingeschwungenen Zustand wesentlich größer ist als das im zweiten Speicher abgespeicherte Signal, kann auch der Fall eintreten, daß das übertragene Signal im eingeschwungenen Zustand wesentlich kleiner ist als das abgespeicherte Signal. Das tritt beispielsweise nach einem Überstromfall auf. Um auch in einem solchen Fall nach kurzer Zeit wieder die für den normalen Betrieb erforderlichen Bedingungen zu schaffen, ist die anhand von Fig. 1 bereits erwähnte dritte Zeitschaltung ZS3 vorgesehen, die stets dann wirksam wird, wenn am Ausgang KA des !«Comparators K über eine längere Zeitdauer, beispielsweise während mehrerer Zeichenlängen hinweg, kein Bewertungssignal auftritt und die dann zwangsweise einen Speichervorgang einleitet. Dazu wird die dritte Zeitschaltung immer dann gestartet, wenn kein Ausgangssignal am Komparatorausgang KA vorliegt. Nach Ablauf einer einstellbaren Zeitdauer öt3, die normalerweise größer ist als die Zeitdauer 6t 1 oder or 2, gibt sie den Ausgangsimpuls TS 3 ab, der die erste Zeitschaltung ZS 1 einschaltet und die vorher beschriebenen Vorgänge auslöst. Tritt während der Zeitdauer or 3 ein Ausgangssignal auf (Normalfall), so wird die dritte Zeitschaltung ZS3 zurückgesetzt, und die Abgabe eines Ausgangsimpulses unterbleibt.

ίο Ein erläuterndes Impulsdiagramm ist in Fig.4 dargestellt. Ein Überstromfall ist durch einen den Normalwert ILn des Linienstromes IL übersteigenden Wert gekennzeichnet (Zeile 1 in F i g. 4). Es wird angenommen, daß vorher im zweiten Speicher S 2 der normale Maximalwert der Signalspannung US eingespeichert wurde. Der ausgangsseitige Vergleichswert UV steht dann als Schwellwert USWdem Komparator K zur Verfugung. Zum Zeitpunkt r 1 (Zeile 2 in Fig.4) wird dieser Wert überschritten, und der Komparator K gibt an seinem Ausgang KA das Bewertungssignal ab (Zeile 3 in Fig.4). Damit wird in beschriebener Weise die erste Zeitschaltung ZSl und nach Ablauf der Zeitdauer OrI auch die zweite Zeitschaltung ZS2 eingeschaltet, mit deren Ausgangsimpuls zum Zeitpunkt

r3 die dem Überstromfall entsprechende Signalspannung in den zweiten Speicher S 2 übernommen wird. Damit steigt die Vergleichsspannung UV und zugleich damit auch der am Komparatoreingang anliegende Schwellwert USW an. Wird der Überfallstrom zum

jo Zeitpunkt 14 beendet, so unterschreitet die Signalspannung US nunmehr den eingestellten Schwellwert, und der Komparatorausgang wird zum Zeitpunkt r5 abgeschaltet, obwohl auf der Leitung normale Bedingungen herrschen. Gleichzeitig wird jedoch die dritte

J5 Zeitschaltung ZS3 eingeschaltet, die nach Ablauf der Zeitdauer dt 3 zum Zeitpunkt r 6 die erste Zeitschaltung ZS1 einschaltet. Nach Ablauf der Zeitdauer or 1 wird die Signalspannung in den ersten Speicher S1 und nach Ablauf der zweiten Zeitdauer or 2 zum Zeitpunkt f8 auch in den zweiten Speicher S2 übernommen. Damit steht am Eingang des Komparators K wieder der normale Schwellwert für eine richtige Bewertung zur Verfügung.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann zur Erzeugung der Abspeicherimpulse für den dem Optokoppler nachgeschalteten Speicher auch eine Differantiatorschaltung verwendet werden. Ein Ausführungsbeispiel dafür ist in F i g. 5 dargestellt. In diesem Fall ist an den Ausgang KA des Komparators K die Differentiatorschaltung D angeschaltet, die immer dann einen Speicherimpuls an den Speicher S abgibt, wenn nach einem Zeichenwechsel von Start- nach Stoppolarität die Änderung der vom Optokoppler abgegebenen Signalspannung US Null wird

V at J

Der sonstige Aufbau und die prinzipielle Wirkungsweise bo entsprechen den anhand der F i g. 1 bereits beschriebenen Vorgängen.

Die Erfindung wurde anhand von Schaltungen erläutert, die nach dem Prinzip der Einschwellenabtastung arbeiten. Die beschriebene Wirkungsweise und die Vorteile gelten aber auch für die Schaltungen mit Mehrschwellenabtastung. In diesem Fall ist lediglich eine Erweiterung der Komparatorschaltung und die Bereitstellung von mehreren Schwellwerten erforder-

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lieh. Für eine Zweischwellenabtastung sind z.B. zwei als auch mit digitalen Zeitkreisen aufgebaut sein. Ebenso

Komparatoren einzusetzen, und die Schwellwerte z. B. kann auch die Abspeicherung und die Verarbeitung des

auf I UV und i UV einzustellen, was durch geeignete ^Sif ^na!^s «^digital erfolgen. Es ist in diesem Fall lediglich

3 3 oo erforderlich, das vom Optokoppler übertragene Signal

Dimensionierung von Spannungsteilerwiderständen in ^r> l/S mit einem Analog-Digital-Wandler in ein digitales

einfacher Weise erreicht wird. Signal überzuführen.
Sämtliche Schaltungen können sowohl mit analogen

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Empfangen und Bewerten von Gleichstromzeichen in Fernschreib- und Datenübertragungsanlagen mit galvanisch trennenden Übertragungselementen insbesondere mit Optokopplern, bei der eine Speicheranordnung zur Aufnahme der den übertragenden Gleichstromzeichen entsprechenden Spannungswerten vorgesehen ist und bei der der letzte in der Speicheranordnung gespeicherte Spannungswert einem B-swerter als Vergleichswert zur Verfugung steht, dadurch gekennzeichnet,

daß die Speicheranordnung zwei nacheinander geschaltete Speicher (Si, S2) aufweist, von denen der erste mit dem Ausgang des Übertragungselements (OK) verbunden ist und der zweite ausgangsseitig mit dem einen Eingang des Bewerters (K) verbunden ist, und diesen auf einen Schwellwerk (USW) einstellt, daß der andere Eingang des Bewerters (K) unmittelbar mit dem Ausgang des Übertragungselements (OK) verbunden ist, daß am Ausgang (KA) des Bewerters (K) eine erste Zeitschaltung (ZS 1) angeschaltet ist, daß die erste Zeitschaltung (ZS 1) nach Ablauf einer den ersten Teil einer durch die Einschwingzeit bestimmten Verzögerungszeit bestimmenden Zeitdauer (dt 1) einen Ausgangsimpuls (TS I) abgibt, der sowohl als Einspeicherimpuls die Übernahme des vom Übertragungselement (OK) abgegebenen Spannungswertes (US) in den ersten Speicher (Si) steuert als auch eine zweite Zeitschaltung (ZS 2) einschaltet, und

daß die zweite Zeitschaltung (ZS 2) nach Ablauf einer weiteren, den zweiten Teil der Verzögerungszeit bestimmenden einstellbaren Zeitdauer (<5i 2) einen Ausgangsimpuls (TS2) abgibt, der die Übernahme des im ersten Speicher (S 1) gespeicherten Spannungswertes (US) in dem zweiten Speicher (S 2) steuert.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Zeitschaltungen (ZSX, ZS2) bestimmten Zeitdauern (of 1, ö(2) jeweils in der Größenordnung einer halben Schrittlänge der übertragenen Zeichen liegen.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwert (USW) für den Bewerter (K) in der Größenordnung der halben Ausgangsspannung (USW= U2UV) des % letzten Speichers (S 2) liegt.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine am Ausgang (KA) des Bewerters (K) angeschaltete dritte Zeitschaltung (ZS3) vorgesehen ist, die mit « der Abschaltung des Ausgangssignals des Bewerters (K) eingeschaltet wird, und nach Ablauf einer einstellbaren, gegenüber der durch die erste und die zweite Zeitschaltung bestimmten Zeitdauer (<5f 1, <5r2) größeren Zeitdauer (of 3) einen Ausgangsim- <>o puls (TS 3) abgibt, mit dem die erste Zeitschaltung (ZS 1) einschaltbar ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die dritte Zeitschaltung (ZS3) bestimmte Zeitdauer (<5f3) in der Größenordnung einer oder mehrerer Zeichenlängen der übertragenen Zeichen liegt.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß als Zeitschaltung eine Differentiatorschaltung (D) eingesetzt ist, die beim Nulldurchgang des Differentialquotienten der Signalspannung (US)einen Einspeicherimpuls abgibt.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 für Mehrschwellenabtastung, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens zwei Bewerterschaltungen vorgesehen sind, die jeweils mit einem ihrer Eingänge an dem Ausgang des Übertragungselementes und jeweils mit ihrem anderen Eingang über jeweils eine Spannungsteilerschaltung an dem Ausgang der Speicheranordnung angeschlossen sind, und
daß durch den von der Speicheranordnung abgegebenen Vergleichswert (UV) für jeden Komparator ein indivudueller Schwellwert zur Verfügung steht.