DE3140184A1

DE3140184A1 - Circuit arrangement for transmitting binary pulse signals

Info

Publication number: DE3140184A1
Application number: DE19813140184
Authority: DE
Inventors: Giuseppe S.Angelo Lodigiano Milano Abbiati; Gilberto S.Giuliano Milano Cardinali
Original assignee: Italtel SpA; Italtel Societa Italiana Telecomunicazioni SpA
Current assignee: Italtel SpA
Priority date: 1980-10-09
Filing date: 1981-10-09
Publication date: 1982-08-05
Also published as: BR8106571A; IT1149226B; IT8025214A0; FR2492194A1; HU182757B

Description

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(DB 476)(DB 476)

Ital.An-.Nr.25214 A/80Italian An-No. 25214 A / 80

AT: 9. Oktober 1980 11121/H/Ro.AT: October 9, 1980 11121 / H / Ro.

ITALTELITALTEL

Societa" Italiana Telecomunicazioni s.p.a. Piazzale Zavattari 12, Mailand / Italien·Societa "Italiana Telecomunicazioni s.p.a. Piazzale Zavattari 12, Milan / Italy

Schaltungsanordnung zum übertragen von binären Impulssignalen.Circuit arrangement for the transmission of binary pulse signals.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. ·The invention relates to a circuit arrangement according to the preamble of claim 1. ·

Für den Austausch von ImpulsSignalen zwischen zwei physisch voneinander getrennten Funktionseinheiten benötigt man bekanntlich eine Treiberstufe und eine Empfän- gerstufe am Anfang bzw. Ende der Verbindungsleitung.For the exchange of impulse signals between two Functional units that are physically separated from each other are known to require a driver stage and a receiver gerstufe at the beginning or end of the connection line.

Damit im Falle einer zu Überspannungen führenden Störung in den Schaltkreisen am einen Ende der Verbindungsleitung Funktionsfehler oder Beschädigungen der Schaltkreise am anderen Ende der Leitung verhindert werden, sind der Empfängereinheit EntkopplungsmitteΓ vorzuschalten. Es ist bekannt, hierfür optoelektronische Koppler zu verwenden, deren Lichtsender mit der Leitung und deren Phototransistor mit der Empfangsschaltung verbunden ist. Optokoppler sind aber verhältnismäßig teuer, ohne besonders zuverlässig zu sein, und verbrauchen auch im Ruhezustand Energie. Ebenfalls bekannt ist die Entkopplung durch · einen Impulstransformator, der sehr zuverlässig arbeitet, im Ruhezustand keine Energie verbraucht und preiswerter ist als ein Optokoppler. Wenn jedoch über einen Impulstransformator eine Folge von Impulsen übertragen werdenSo in the event of a fault leading to overvoltages in the circuits at one end of the connection line Malfunction or damage to the circuitry on the are prevented at the other end of the line, decoupling devices must be connected upstream of the receiver unit. It is known to use optoelectronic couplers for this purpose, their light transmitter with the line and their phototransistor is connected to the receiving circuit. But optocouplers are relatively expensive, without special to be reliable, and consume even at rest Energy. Also known is the decoupling by a pulse transformer that works very reliably, does not consume any energy in the idle state and is cheaper than an optocoupler. However, if via a pulse transformer a series of pulses are transmitted

soil, die alle den Binärwert "1" haben, kann es zu einer Sättigung des Kernes kommen, wodurch die in die Sekundärwicklung übertragenen Signale zu schwach für eine Identifizierung durch die Empfangsschaltung werden können.should, all of which have the binary value "1", the core can become saturated, causing the Secondary winding transmitted signals are too weak for identification by the receiving circuit can.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung anzugeben, die in Verbindung mit einem als Entkopplungselement dienenden Impulstransformator eine Beein-•10 trächtigung der Impulssignale durch Kernsättigung vermeidet. The invention is based on the object of a circuit arrangement indicate which in connection with a pulse transformer serving as a decoupling element an impairment • 10 Prevents the impulse signals from becoming contaminated by core saturation.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Schaltungsanordnung gelöst. ■ · .This object is achieved by the circuit arrangement characterized in claim 1. ■ ·.

Die Treiberschaltung liefert durch die Manipulation ihrer Eingangssignale, und zwar ausschließlich der Impulse des Binärwerts "1", die beispielsweise zu 3/4 ihrer Dauer T mit hohem und zu 1/4 ihrer Dauer T mit niedrigem Spannungsniveau übertragen werden können," an die Leitung Signale, die nicht zu einer Sättigung des Transformatorkerns führen können. Wegen des Polaritätswechsels, den jeder Impuls erfährt, gilt dies selbst dann, wenn eine lange Folge von Impulsen des Binärwerts "1" übertragen wird (die sonst aus einer entsprechend lang dauernden kontinuierlichen Spannung bestehen könnte). Obwohl aufgrund dieser Manipulation am Ausgang des Impulstransformators ein erheblicher Teil jedes Impulssignals negativ gerichtet ist uhd sein positiv gerichteter Teil, der zum Lesen und Rekonstruieren des Signals verwendet werden soll, entsprechend weniger Energie enthält, wird hierdurch das Erkennen des Signals praktisch nicht erschwert. Denn durch die Potentialerhöhungsschaltung, die das Potential der Sekundärwicklung entsprechend dem negativen Energieanteil des Impulssignals erhöht, wird dieser wieder zurückgewonnen.The driver circuit delivers by manipulating its Input signals, exclusively the impulses of the Binary value "1", for example 3/4 of its duration T with a high and 1/4 of its duration T with a low voltage level can be transmitted "to the line signals that do not lead to saturation of the transformer core can. Because of the polarity change that every pulse undergoes, this is true even if there is a long sequence of Pulses of the binary value "1" is transmitted (which would otherwise result from a correspondingly long continuous Voltage could exist). Although due to this manipulation at the output of the pulse transformer a significant one Part of each pulse signal is negatively directed and its positively directed part, which is used for reading and Reconstructing the signal to be used accordingly contains less energy Detection of the signal is practically not difficult. Because by the potential increase circuit that the potential If the secondary winding is increased according to the negative energy component of the pulse signal, it will be increased again recovered.

3U01843U0184

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Ι Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. In der Zeichnung zeigen:Ι Further features of the invention emerge from the following Description of an exemplary embodiment. In the drawing show:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Schaltungsanordnung;1 shows a block diagram of the circuit arrangement;

Fig. 2 Schwirigungsformen in der Schaltungsanordnung qomaß Fig. 1; ■Fig. 2 waveforms in the circuit arrangement qomaß Fig. 1; ■

10- Fig. 3 die experimentell ermittelte Form eines an der Empfangsschaltung ankommenden Signals, die sich ergibt, wenn keine Energierückgewinnung durch die Potentialerhöhungsschaltung (RE) gemäß Fig. 1 erfolgt; und10- Fig. 3 shows the experimentally determined shape of an on the Receiving circuit incoming signal that results when there is no energy recovery by the potential increasing circuit (RE) takes place according to FIG. 1; and

Fig. 4 die experimentell ermittelte Schwingungsform des Eingangssignals der Empfangsschaltung bei Energierückgewinnung durch die Potentialerhöhungsschaltung.4 shows the experimentally determined waveform of the Input signal of the receiving circuit when energy is recovered by the potential increasing circuit.

Gemäß Fig. 1 sind eine Treiberstufe SD und eine' Empfängerstufe SR miteinander durch eine zweiadrige Leitung L verbunden. Das Bezugspotential (Masse) der einen Stufe ist von demjenigen der anderen Stufe getrennt.According to Fig. 1, a driver stage SD and a 'receiver stage SR connected to one another by a two-wire line L. The reference potential (ground) of one stage is separated from that of the other level.

Die Treiberstufe enthält eine beispielsweise aus dem dargestellten Torglied bestehende Treiberschaltung DR, die das invertierte logische Produkt ihrer Eingangssignale bildet. Hierbei handelt es sich einerseits um die zu übertragenden Impulse der Dauer T, die beispielsweise die im Diagramm A der Fig. 2 dargestellte Form und Folge haben können, und andererseits um eine Folge von rechteckförmigen Taktimpulsen gemäß dem Diagramm B in Fig. 2 mit einer Periode gleich der Dauer T und einem Tastverhältnis von 75%. An dem an die eine Ader der Leitung geschalteten Ausgang der Treiberschaltung DR erscheint, auf Masse bezogen, die im Diagramm C der Fig. 2 dargestellte Schwingung und zwischen den Adern der Leitung die SchwingungThe driver stage includes one from that shown, for example Gate element existing driver circuit DR, which is the inverted logical product of its input signals forms. On the one hand, these are the ones to be transmitted Pulses of duration T which, for example, have the form and sequence shown in diagram A of FIG. 2 can, and on the other hand a sequence of square-wave clock pulses according to diagram B in Fig. 2 with a Period equal to the duration T and a duty cycle of 75%. On the one connected to one wire of the line At the output of the driver circuit DR, the oscillation shown in diagram C of FIG. 2 appears, based on ground and the oscillation between the wires of the line

gemäß dem Diagramm D. Die Schwingung oder Impulsfolge gemäß dem Diagramm D unterscheidet sich von derjenigen gemäß dem Diagramm A dadurch, daß die Impulse mit dem Binärwert "1" erfindungsgemäß verändert werden. Diese Impulse des hohen Binärwerts werden nämlich nur für die Dauer 3/4 T mit hohem Potentialwert übertragen, während . für die Restzeit 1/4 T ihrer Dauer T der übertragene Potentialwert niedrig ist.- Infolgedessen hat auch bei übertragung einer langen Folge von Impulsen mit dem Binärwert "1" das auf der Leitung übertragene Signal in jedem Zeitintervall der Dauer T einen Polaritätswechsel. according to diagram D. The oscillation or pulse train according to diagram D is different from that according to diagram A in that the pulses with the binary value "1" are changed according to the invention. These This is because pulses of the high binary value are only transmitted with a high potential value for the duration 3/4 T while . for the remaining time 1/4 T of its duration T is the transferred potential value is low.- As a result, even when transmitting a long sequence of pulses with the binary value "1" means the signal transmitted on the line in each time interval of duration T a polarity change.

Die andere, von der Treiberschaltung DR abgewandte Ader ■ der Leitung L kann an einer positiven Spannung (+5 V) liegen. Am Ausgang der Treiberschaltung DR ist zwischen . die beiden Leitungsadern, also parallel zu der Leitung ein erster Anpassungswiderstand R₁ geschaltet. Ein zweiter Anpassungswiderstand R₂ befindet sich in der Empfängerstufe ebenfalls parallel zu der Leitung und zu der zwisehen die Leitungsenden geschalteten Primärwicklung eines Impulstransformators TI.The other wire, facing away from the driver circuit DR, of the line L can be at a positive voltage (+5 V). At the output of the driver circuit DR is between. the two line cores, that is, a first matching _{resistor R 1} connected in parallel to the line. A second matching _{resistor R 2} is also located in the receiver stage parallel to the line and to the primary winding of a pulse transformer TI, which is connected between the line ends.

Bekanntlich ist das sich auf eine Periode erstreckende Integral des Ausgangssignals eines Transformators gleich Null, woraus folgt, daß sich bei einem Eingangssignal des Impulstransformators Tl gemäß dem Diagramm D an der Sekundärwicklung ein Signal ergeben muß, das dein Diagramm E in Fig. 2 entspricht. In jeder Periode T des übertragenen Signals stimmt der Absolutwert des Integrals.des positiven Teils eines Impulses mit dem Binärwert "1" mit dem Absolutwert des Integrals seines negativen Teils überein, wie auch aus den beiden schraffierten Teilen im Diagramm E ersichtlich ist. Wenn man also der Empfängerstufe SR das Signal gemäß dem Diagramm D übermittelt, so verhindert man zwar eine Sättigung des Kernes des Impuls-It is known that the integral of the output signal of a transformer extending over one period is the same Zero, from which it follows that with an input signal of the pulse transformer Tl according to the diagram D at the Secondary winding must give a signal that your diagram E in Fig. 2 corresponds. The absolute value of the integral.des is correct in each period T of the transmitted signal positive part of a pulse with the binary value "1" with the absolute value of the integral of its negative part match, as can also be seen from the two hatched parts in diagram E. So if you are the recipient level SR transmits the signal according to diagram D, this prevents saturation of the core of the pulse

transformators TI, erhält aber einen nicht unwesentlichen Signalanteil mit negativem Vorzeichen, dessen Energietransformer TI, but receives a not insignificant one Signal component with a negative sign, its energy

• nicht zum Lesen und Rekonstruieren des übertragenen Signals genutzt werden könnte. Der Signalanteil mit positivem Vorzeichen könnte unter Umständen für den einwandfreien Betrieb der Empfangsschaltung RC, die an den einen Pol der Sekundärwicklung geschaltet ist, unzureichend sein. Zur Lösung dieses Problems ist an den anderen Pol der Sekundärwicklung eine Schaltung RE geschaltet, die in der Lage ist, die dem negativen Signalanteil entsprechende Energie zurückzugewinnen, um die Erkennung und Rekonstruktion des Signals zu erleichtern. Diese Schaltung RE besteht darstellungsgemäß aus einem Kondensator CN, der parallel zu einem Widerstand R₃ zwischen den Masseanschluß der Empfangsschaltung und den von der Empfangsschaltung abgewandten Pol der Sekundärwicklung des Impulstransformators TI geschaltet ist.• could not be used to read and reconstruct the transmitted signal. The signal component with a positive sign could under certain circumstances be insufficient for the correct operation of the receiving circuit RC, which is connected to one pole of the secondary winding. To solve this problem, a circuit RE is connected to the other pole of the secondary winding, which is able to recover the energy corresponding to the negative signal component in order to facilitate the detection and reconstruction of the signal. This circuit RE consists, as shown, of a capacitor CN which is connected in parallel to a resistor R ₃ between the ground connection of the receiving circuit and the pole of the secondary winding of the pulse transformer TI facing away from the receiving circuit.

Es ist zu berücksichtigen, daß handelsübliche Empfänger-Schaltungen (z.B. Differenzverstärker) vom TTL-Typ normalerweise zwischen ihren Eingängen eine Diode DI aufweisen, die in Fig. 1 gestrichelt dargestellt ist und zur Begrenzung von Reflexionen dient, die auf der Leitung L auftreten können. Bei dem hier beschriebenen Beispiel arbeitet diese Diode bei der erläuterten Energie-It must be taken into account that commercially available receiver circuits (e.g. differential amplifiers) of the TTL type usually have a diode DI between their inputs, which is shown in dashed lines in Fig. 1 and serves to limit reflections on the line L can occur. In the example described here, this diode works with the explained energy

• rückgewinnung mit der Schaltung E zusammen. Wenn der negative Teil der Ausgangssignale des Impulstransforma^ tors TI den Schwellenspannungswert (ungefähr -0,7 V) der Diode DI erreicht, so beginnt diese zu leiten und verhält sich wie ein Spannungsgleichrichter, der den Stromlauf durch die aus. der Sekundärwicklung, der Schaltung RE und der Diode DI gebildete Masche bestimmt. Infolgedessen wird während der Zeitintervalle der Dauer T/4, .in denen der.Strom der gleichgerichteten Ιπηπιίπο iließt , der Kondensator CN aufgeladen, der sich nur über den• recovery with the circuit E together. When the negative part of the output signals of the pulse transformer TI reaches the threshold voltage value (approximately -0.7 V) of the diode DI, it begins to conduct and behaves like a voltage rectifier, which controls the current flow through the. the secondary winding, the circuit RE and the diode DI determined mesh. As a result, the capacitor CN is charged during the time intervals of duration T / 4, in which der.Strom the rectified Ιπηπιίπο i reads, which is only via the

Widerstand R₃ während der Zeitintervalle mit der Dauer von wenigstens 3/4 T entladen kann.Resistance R ₃ can discharge during the time intervals with a duration of at least 3/4 T.

Im Diagramm F der Fig. 2 ist. mit unterbrochenen Linien . die Spannung AV dargestellt, die im Betrieb zwischen den Polen des Kondensators CN entsteht. Da der mit der Sekundärwicklung des Impulstransformators verbundene Kondensatorpol positiv aufgeladen wird, variiert die an der Sekundärwicklung verfügbare Spannung nicht mehr um den Nullwert, sondern um den Wert +AV. Folglich ist das Spannungsniveau der Eingangssignale der Empfangsschaltung RC um den Betrag AV höher, als es nur bei Berücksichtigung des Diagrammes E der Fall wäre, so daß eine problemlose Diskriminierung des Binärwerts möglich ist.In diagram F of FIG. with broken lines. the voltage AV shown during operation between the Poles of the capacitor CN arise. Since the capacitor pole connected to the secondary winding of the pulse transformer is positively charged, the voltage available at the secondary winding no longer varies by the Zero value, but about the value + AV. Consequently, the voltage level of the input signals is the receiving circuit RC is higher by the amount AV than it is only when taken into account of diagram E would be the case, so that a problem-free discrimination of the binary value is possible.

··

Die hier beschriebene Schaltungsanordnung hat noch einen weiteren wesentlichen Vorteil, wie sich aus Fig. 3 und ergibt. Dort ist im Diagramm G der Signalverlauf dargestellt, der sich am Eingang der Empfangsschaltung RC bei fehlender Schaltung RE ergeben würde, wenn an die Leitung eine Rachteckschwingung mit einem Tastverhältnis von 50% angelegt wird. Mit S ist der Schwellenspannungswert der Empfangsschaltung RC eingetragen und mit M der Massepotentialwert, um den das Eingangssignal schwingt. Die Anstiegsflanke der Impulse erreicht den Schwellenspannungswert S- erst im Bereich einer deutlichen Neigung und mit beträchtlicher Verzögerung T₁ nach dem Anstiegsbeginn. Folglich erscheint am Ausgang der Empfangsschaltung RC ein Signal gemäß dem Diagramm H in Fig. 3, das ein er- heblich verändertes Tastverhältnis hat. ■The circuit arrangement described here has a further significant advantage, as can be seen from FIGS. There, in diagram G, the signal curve is shown which would result at the input of the receiving circuit RC if there was no circuit RE if a square wave with a pulse duty factor of 50% was applied to the line. The threshold voltage value of the receiving circuit RC is entered with S and the ground potential value around which the input signal oscillates is entered with M. The rising edge of the pulses reaches the threshold voltage value S- only in the area of a clear slope and with a considerable delay T ₁ after the start of the rise. As a result, a signal appears at the output of the receiving circuit RC according to diagram H in FIG. 3, which has a significantly changed pulse duty factor. ■

Im Gegensatz hierzu zeigt das Diagramm I in Fig. 4 den Signalverlauf am Eingang der Empfangsschaltung RC für den Fall, daß bei einem dem vorhergehenden Fall entsprechenden Signal auf der Leitung L die Schaltung RE angeschlossenIn contrast, the diagram I in Fig. 4 shows the Signal curve at the input of the receiving circuit RC for the case that in one of the previous case Signal on line L connected to the circuit RE

*:/·./'V .-.. 3U0184*: / · ./ 'V .- .. 3U0184

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ist. Nun schwingt das Eingangssignal im wesentlichenis. Now the input signal essentially oscillates

nicht mehr um den Massepotentialwert M, sondern um einen um den Betrag +AV höheren Wert, so daß die Anstiegsflanke der Impulse den Schwellenspannungswert S noch in ihrem · steilen Bereich erreicht, also mit einer Verzögerung ^To' die wesentlich kürzer ist als die Verzögerung T,. gemäß
Fig. 3, In diesem Fall hat das Ausgangssignal der Empfangsschaltung RC gemäß dem Diagramm L in Fig. 4 noch annähernd . das Tastverhältnis des Eingangssignals von 50%. . ·
10no longer by the ground potential value M, but by a value higher by the amount + AV, so that the rising edge of the pulses still reaches the threshold voltage value S in its steep range, i.e. with a delay ^T o 'which is significantly shorter than the delay T. ,. according to
In this case, the output signal of the receiving circuit RC according to diagram L in FIG. 4 is still approximately. the duty cycle of the input signal of 50%. . ·
10

Die hier beschriebene Schaltungsanordnung vermeidet also die eingangs erläuterten Nachteile eines Impulstransformators und ermöglicht zugleich eine weitgehend original-• getreue Wiederherstellung des übertragenen Signals.The circuit arrangement described here thus avoids the disadvantages of a pulse transformer explained at the beginning and at the same time enables a largely original • faithful restoration of the transmitted signal.

Claims

DR. DIETER V. BEZOLD

DIPL. ING. PETER SCHÜTZ

DIPL. ING. WOLFGANG HEUSLER

MARIA-THERESIA-STRASSE 22
PO Box 86 02 60

D-8OOO MUENCHEN 86D-8OOO MUNICH 86

(DB 476)

Ital.Anm.Nr "25214 A / 80 AT: October 9, 1980

3H0184

APPROVED BY THE EUROPEAN PATENT OFFICE

EUROPEAN PATENT ATTORNEYS MANDATAIRES EN BREVETS EUROPEENS

TELEPHONE 089/4 70 60 TELEX 522 638 TELEGRAM SOMBEZ

11121 / H / Ro.

ITALTEL

Societä. Italiana Telecomunicazioni spa
Piazzale Zavattari 12, Milan / Italy

Circuit arrangement for the transmission of binary impulse s ignalen.

Claims

Θ-Θ-

1 /.) Circuit arrangement for the transmission of pulses of a given duration T between two connected by a transmission line Functional units, which are fed in particular with a separate reference ground, with a driver stage containing a driver circuit in one. Functional unit and one located in the other functional unit Receiver stage, the one to one end of the Secondary winding of a pulse transformer connected

Q ι /, η 1 ο / _ ₂ _ ν ΐΗυ iyi

Receiving circuit, characterized in that the driver circuit (DR) receives the pulses the high binary value ("1") shortened or manipulated, in which they use them for a duration T · X with a high voltage value and for the remainder T-T-X of duration T with a lower value Sends voltage value on line (L), where the number X is less than 1, and that to the other end of the Secondary winding of the pulse transformer (TI) in the receiver stage (SR) a circuit (RE) is connected, which is able to increase the potential of the secondary winding with respect to the ground potential by an amount (AV), which is a function of the negative part of the signals in the secondary winding.

2.) Circuit arrangement according to claim 1, characterized characterized in that the driver circuit (DR) the negated logical product between the to be transmitted Pulse signals and a square wave, which has a period equal to the duration T and a Ta.st-

20 'has a ratio of at least about 75%.

3.) Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the potential increasing circuit (RE) of the receiver stage (SR) is formed by a capacitor (CN) to which a resistor (R,) is connected in parallel.

4.) Circuit arrangement according to claim 3, characterized in that the capacitor (CN) and the resistor (R ₃ ) are connected between one end of the secondary winding of the pulse transformer (TI) and a reference potential (ground) input of the receiving circuit (RC) which is connected to the input of the receiving circuit (RC) connected to the other end of the secondary winding via a diode (DI). . -..-.-