DE3224425A1

DE3224425A1 - Bussystem mit lichtwellenleitern

Info

Publication number: DE3224425A1
Application number: DE3224425A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dipl.-Ing. 8012 Ottobrunn Mittelmann; Hans Dipl.-Ing. 8034 Germering Thinschmidt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-06-30
Filing date: 1982-06-30
Publication date: 1984-01-05
Also published as: US4561118A

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT <$>· Unser Zeichen Berlin und München VPA __ „ „

. 82 P 150 7 DE

Bussystem mit Lichtwellenleitern

Die Erfindung bezieht o^'ch auf ein Bussystem mit Lichtwellenleitern, bei dem das zu übertragende Informa- tionssignal durch einen elektrooptischen Sender in ein Lichtsignal umgewandelt und dieses ineinen Lichtwellenleiter eingekoppelt wird und bei dem das über den Lichtwellenleiter übertragene Lichtsignal durch einen optoelektrischen Empfänger in ein elektrisches Nutzsignal umgewandelt und aus diesem das Informationssignal wiedergewonnen wird, insbesondere für Mehrrechnersysteme mit Ιοί 5 kalem optischen Bus mit Sternkoppler.

In lokalen Netzen mit Mehrrechneranordnung sind geeignete Übertragungsstrecken für die Kommunikation der Rechner untereinander erforderlich. Grundsätzlich können die Rechner als Stern, als Ring oder über einen Bus zusammengeschaltet werden. Bei einem Bussystem werden an die Übertragungsstrecke, nämlich den Bus, umfangreiche Anforderungen gestellt: z.B. muß die Übertragung der Information mit hoher Geschwindigkeit und großer Sicherheit erfolgen; die Taktrückgewinnung auf der Empfängerseite erfordert eine entsprechende Codierung der Informationen; es muß eine Kollisionserkennung vorgesehen werden, die anspricht, wenn gleichzeitig mehrere Rechner zu senden beginnen.

Es ist bekannt, Mehrrechnersysteme aufzubauen, bei dem für den Bus ein Lichtwellenleiter verwendet wird (z.B. Siemens Forschung-und Entwicklungsberichte Band 9, 1980, Nr. 1, S. 33 - 37; IEEE Transactions on Communications, Vol. Com.-26, Nr. 7, July 1978, 983-990). Bei diesen Mehr-

rechneranordnungen mit Lichtwellenleiterbus werden die Informationssignale mit Hilfe eines elektrooptischen Senil 1 The - 4. Juni 1982

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ders ir Lichtsignale umgewandelt, die vom Senaer in ds-i Lichtwelienleiter eingekoppelt werden, über den Lichtwellenleiter werden diese Signale z.B. mit Hilfe e^'nes Sternkopplers zu den am Bus angeschlossenen Rechnern übertragen. Dort kann ein optoelektrischer Empfänger die Lichtsignale wiederum in elektrische Informationssignale umwandeln, die dann iß· Rechner auf übliche Weise bearbeitet werden. Bisher werden für derartige optoelektrische Empfänger wechselstromgekoppelte, geregelte Verstärker eingesetzt. Die bei derartigen Verstärkern vorhandenen Regelzeitkonstanten sind jedoch beim Busbetrieb hinderlich, da zwischen jeder übertragenen Information auf dem Bus der Pegel Null herrscht. Für die Taktrückgewinnung auf der Empfängerseite werden spezielle Codierungen angewandt, z.B.

Manchester-Code, der einen Bandbreitenverlust bedeutet oder es wird mit Scramblern und PLL-Schaltungen gearbeitet, die einen erheblichen Aufwand verursachen. Die Kollisionserkennung wird schließlich durch Informationsvergleich durchgeführt. Dadurch können aber nur die an der Kollision beteiligten Rechner die Kollision erkennen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Bussystem mit einem Lichtwellenleiter, einem elektrooptischen Sender und einem optoelektrischen Empfänger anzugeben, das so ausgeführt ist, daß die besonderen Vorteile des Lichtwellenleiters mit einer Gleichstromübertragungsstrecke in Empfänger miteinander verbunden werden. Diese Aufgabe wird Dei einem Bussystem der eingangs angegebenen Art gelöst durch einen Sender, dessen in den Lichtwellenleiter eingekoppelte von den Informationssignalen abhängige Lichtleistung in digitalen Schritten änderbar ist, und durch einen aus gleichstrom-gekoppelten Verstärker** ohne Verstärkungsregelung aufgebauten Empfänger, der eine

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Eingangs > zur Erzeugung des Nutzsignals, eine erste Komparatorstufe zur Erzeugung des Informationssignals aus dem

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Nutzsignal und eine zweite Komparatorstufe aufweist, der eine in digitalen Stufen änderbare Referenzspannung zugeführt wird, die den Pegel des Nutzsignals abtastet und ein Kollisionssignal abgibt, venn das Nutzsignal die Referenzspannung übersteigt.

Zur Erzeugung einer Referenzspannung für die erste Komparatorstufe ist es zweckmäßig, zwischen der Eingangsstufe und den Komparatorstufen eine Abtaststufe einzufügen, die aus dem Nutzsignal das Referenzsignal für die erste Komparatorstufe erzeugt. Dabei kann diese Abtaststufe so aufgebaut sein, daß das Referenzsignal für eine Mittenabtastung des Nutzsignals sich automatisch für jeden auszuwertenden Informationsblock auf den Mittenpegel des Nutzsignals einstellt.

Die Eingangsstu %ur Erzeugung des Nutzsignals aus dem Lichtsignal kann aus einer Serienschaltung mit einer Avalanche Photo Diode und einem Widerstand, einem ersten Operationsverstärker und einem Spannungsteiler bestehen. Dabei ist der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers mit dem Verbindungspunkt der Serienschaltung aus der Avalanche Photo Diode und dem Widerstand verbunden, der invertierende Eingang des ersten Operationsverstärkers an den Spannungsteiler angeschlossen. Damit steht eine ein-

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fach aufgebauteEingangsst zur Verfügung, die das Lichtsignal in ein elektrisches Nutzsignal umwandelt und verstärkt.

Die zweite Komparatorstufe zur Erzeugung des Kollisionssignals kann zweckmäßigerweise aus einem zweiten Operationsverstärker bestehen, dessen einer Eingang mit dem Ausgang des ersten Operationsverstärkers der Eingangsstufe verbunden ist und dessen anderer Eingang an einen Verbindungspunkt zwischen einem Widerstand und einer digital einstellbaren Konstantstromquelle angeschlossen ist. Durch

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Veränderung des Stromes der Konstantstromquelle in digitalen Schritten kann die am zweiten Operationsverstärker anliegende Referenzspannung ebenfalls in digitalen Schritten eingestellt werden. Damit ist es möglich, die zweite zur Kollisionserkennung dienende Komparatorstufe den Anforderungen des Bussystemes anzupassen. Mit Hilfe des digital einstellbaren Senders kann der am Eingang eines Mischers, z.B. eines Sternkoppler, auftretende Pegel des Lichtsignales auf einen bestimmten Wert eingestellt werden. Damit ist es möglich, für alle auf den Bus arbeitenden Sender am Eingang des Mischers den gleichen Pegel der Lichtsignale einzustellen. Mit Hilfe der in digitalen Schritten einstellbaren Konstantstromquelle auf der Empfängerseite kann festgelegt werden, wann die zweite Komparatorstufe das Kollisionssignal abgibt. Da die am Eingang des Mischers anliegenden,von den verschiedenen Sendern abgegebenen Lichtsignale gleichen Pegel haben müssen, also normiert sind, wird dann eine Kollision vorliegen, also mehrere Sender gleichzeitig auf den Bus arbeiten, wenn der Pegel des Nutzsignals gegenüber dem kollisionsfreien Fall etwa mindestens den doppelten Wert annimmt als im kollisionsfreien Fall. Mit Hilfe der digital einstellbaren Konstantstromquelle kann für jeden Empfänger, der am Bus angeschlossen ist, gesondert die Referenzspannung entsprechend eingestellt werden.

Auf der Empfängerseite muß zur Auswertung der Informationen ein Taktsignal erzeugt werden das angibt, wann das von der ersten Komparatorstufe abgegebene Informationssignal ausgewertet werden muß. Zur Erzeugung dieses Taktsignals kann z.B. die Codierung herangezogen werden, die zur übertragung der Informationen über den Bus verwendet wird. Bei dem erfindungsgemäßen Bussystem wird die Schaltungsanordnung zur Erzeugung des Taktes dann besonders einfach, wenn ein spezieller Trinär-Code verwendet wird, bei dem

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die aus einem 2-pegeligen Informationssignal durch den Sender erzeugten Lichtsignale 3-pegelig sind. Dieser Code ist so aufgebaut, cia2 für jedes zu übertragende Bit des Informationssignals eine Änderung des Pegels des Lichtsignals erzeugt wird.

Andere Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Besondere Vorteile des erfindungsgemäßen Bussystems bestehen darin, daß der optoelektrische Empfänger ausschließlich aus gleichstromgekoppelten Verstärkern und Komparatoren ohne Verstärkungsregelung aufgebaut ist. Durch Verwendung der Avalanche Photo Diode wird ein großer Nutzpegel gewährleistet und damit ein guter Störabstand. Dadurch steht eine Gleichstromübertragungsstrecke mit den besonderen Vorteilen des Lichtwellenleiters zur Verfügung. Elektrische oder elektromagnetische Felder können den Lichtwellenleiter nicht beeinflussen. Es ist also eine direkte Bewertung der Pegelverhältnisse möglich. Der Aufwand bei der übertragung der Informationen, bei der Codierung und der Kollisionserkennung reduziert sich somit und die dabei angewandten Verfahren können vereinfacht werden. Durch Verwendung eines digital einstellbaren Senders im Zusammenhang mit dem aus gleichstromgekoppelten Verstärkern aufgebauten Empfänger ist es möglich, eine Kollision dadurch festzustellen, daß der Pegel des zum Lichtsignal proportionalen Nutzsignals abgetastet wird. Die Einstellung des Senders wie auch der zweiten Komparatorstufe kann automatisiert werden. Es ist für einige Buszugriffsverfahren wichtig, daß eine auftretende Kollision von allen am Bus angeschlossenen Rechnern erkannt wird, also auch von denen, die nicht an der Kollision beteiligt sind.

An Hand von Ausführungsbeispielen, die in den Figuren dargestellt sind, wird die Erfindung weiter erläutert.

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Es zei_t" -.ν.

Fig. 1 eiaen digital einstellbaren Sender zur Erzeugung eines 2-pegeligen Lichtsignals aus einem 2-pegelig^f-n Informationssignal,

Fig. 2 einen Sender, zur Erzeugung eines 3-pegeligen Liehtsignals aus einem 2-pegeligen Informationssignal, Fig. 3 eine Ausführung des Senders nach Fig. 2, der digital einstellbar ist,
Fig. 4 eine Ausführung der Eingangsstufe des Empfängers, Fig. 5 eine Ausführung der Abtaststufe und der Komparatorstufen im Empfänger bei Auswertung eines 2-pegeligen Lichtsignals,

Fig. 6 eine Ausführung der Abtaststufe und Komparatorstufen im Empfänger bei Auswertung eines 3-pegeligen Lichtsignales,

Fig. 7 den Aufbau des Trinär-Codes, der zur Übertragung des 3-pegeligen Lichtsignales verwendet wird, F.ig. 8 eine Codeschaltung zur Erzeugung der Signale für den Sender nach Fig. 2 und Fig. 3, Fig. 9 eine Decodierschaltung, die aus dem 3-pegeligen Signal das 2-pegelige Informationssignal und die Taktsignale erzeugt.

In den Figuren werden nur Sender und Eiapfanger gezeigt, die auf einen Bus mit einem Li_-hWellenleiter arbeiten. Die Anordnung von Sender und Empfänger zum optischen Bus ist aus dem oben angegebenen Stand der Technik bekannt und wird nicht gezeigt.

Aus Fig. 1 ergibt sich eine erste Ausführungsform eines digital einstellbaren elektrooptischen Senders. Dem elektrooptischen Sender 10 werden die Bits eines Informationssignales IS in rie zugeführt. Der Sender 10 erzeugt aus d_... elektrischen Informationssignal IS Lichtsignale LS,die in einen Lichtwellenleiter eingekoppelt werden. Dazu wird

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im Sender 10 z.B. eine lichtemittierende Diode 12 verwendet, die von einem dem Informationssignal IS proportionalen Strom durchflossen wird und damit ein entsprechendes Lichtsignal abgibt. Die digitale Einstellbarkeit des Senders 10 wird mit Hilfe von Einstellwiderständen 14,16,18, 20 erreicht. Diese Einstellwiderstände 14 bis 20 haben verschiedene Werte, die sich z.B. aus Fig. 1 ergeben. Die Einstellwiderstände 14 bis 20 sind an einer Seite zu einem Sternpunkt SP verbunden, an dem auch die Diode 12 angeschlossen ist. Die Diode 12 ist weiterhin an ein zweites Betriebspotential U2 angeschlossen.

Die Auswahl eines der Einstellwiderstände 14 bis 20 erfolgt mit Hilfe von Torschaltungen 22. Diesen Torschaltungen 22 wird das Informationssignal IS gemeinsam zugeführt. Die Auswahl der Torschaltungen erfolgt mit Hilfe eines Schalters 24, der mit jeder Torschaltung 22 verbunden ist. Der Schalter 24 kann z.B. ein mit einem Rechner verbundenes Register sein, das für jede Torschaltung 22 eine Registerstufe aufweist. Mit Hilfe des Schalters 24 kann somit jede Torschaltung 22 gesondert angesteuert werden und damit das Informationssignal über die angesteuerte Torschaltung und den zugeordneten Einstellwiderstand zur Diode 12 geführt werden. Die von der Diode 12 abgegebene Lichtenergie wird dabei vom Einstellwiderstand festgelegt.

Mit Hilfe des digital einstellbaren Senders 10 kann ein 2-pegeliges elektrisches Informationssignal in ein 2-pegeliges Lichtsignal LS umgewandelt werden. Dieses Lichtsignal wird über einen Lichtwellenleiter und einen Mischer zu einem Empfänger übertragen. Der Aufbau eines Empfängers, der zur Auswertung von 2-pegeligen Lichtsignalen geeignet ist, zeigen Fig. 4 und Fig. 5.

Der Empfänger enthält zunächst eine Eingangsstufe 30, in der die Lichtsignale wiederum in elektrische Signale umge-

wandelt werden und verstärkt werden. Am Ausgang der Eingangsstufe werden dann die sog. Nutzsignale MS abgegeben. Die Umwandlung der Lichtsignale LS in elektrische Signale erfolgt mit Hilfe einer Avalanche Photo Diode 32^. Diese ist mit einem ersten Betriebspotential U1und mit einem Widerstand 34 verbunden, der an dem zweiten Betriebspotential U2 anliegt. Der Verbindungspunkt VP1 zwischen der Diode 32 und dem Widerstand 34 führt zum nicht invertierenden Eingang eines ersten Operationsverstärkers 36. Zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers 36 und dem zweiten Betriebspotential U2 ist ein Spannungsteiler aus zwei Widerständen 38 und 40 angeordnet. Der Verbindungspunkt zwischen diesen beiden Widerständen'38, 40 ist mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 36 verbunden.

Am Ausgang des Operationsverstärkers 36 wird das Nutzsignal NS abgegeben.

Dieses Nutzsignäl NS "wird nach" Fig. 5 einer Abtaststufe 42, einer ersten Komparatorstufe 44 und einer zweiten Komparatorstufe 46 zugeführt.

Mit Hilfe der zweiten Kompaiatorstufe 46 wird festgestellt, ob auf den Bus mehrere Sender gleichzeitig senden. Die zweite Komparatorstufe 46'besteht aus einem zweiten Operationsverstärker 48, einer Konstantstromquelle 50 und einem Widerstand 52. Die Konstantstromquelle 50 ist so ausgeführt, daß die von ihr abgegebenen Ströme in digitalen Schritten veränderbar sind. Der eine Eingang des zweiten Operationsverstärkers 48 ist mit dem Ausgang der Eingangsstufe verbunden, der andere Eingang des Operationsverstärkers - liegt an dem Verbindungspunkt -zwischen der Konstantstromquelle 50 und dem Widerstand 52. Am Ausgang des Operationsverstärkers 48 wird das Kollisionssignal/abgegeben.

Mit Hilfe der Konstantstromquelle 50 kann die dem zweiten

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RS2 Operationsverstärker 48 zugeführte Referenzspannung ι so eingestellt werden, daß das Kollisionssignal nur dann abgegeben wird, wenn mindestens zwei Sender gleichzeitig Zugriff zum Bus wünschen.

Die erste Komparatorstufe 44 erzeugt aus dem Nutzsignal NS wiederum das Informationssignal IS. Die erste Komparatorstufe 44 besteht aus einem dritten Operationsverstärker 54, dem am einen Eingang das Nutzsignal NS zugeführt wird und

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am anderen Eingang eine Referenzspannung/. Diese Referenzspannung kann derart sein , daß das Nutzsignal NS einer Mittenabtastung unterworfen wird.

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Die Referenzspannung/für die erste Komparatorstufe 44 kann mit Hilfe der Abtaststufe 42 gewonnen werden. Diese besteht aus einem vierten Operationsverstärker 56, einer Diode 58, einem Kondensator 60 und einem Spannungsteiler bestehend aus zwei Widerständen 62, 64. Dem einen Eingang des vierten Operationsverstärkers 56 wird das Nutzsignal NS zugeführt.

Der Ausgang des Operationsverstärkers ist über die Diode mit dem Spannungsteiler 62, 64, dem Kondensator 60 und dem invertierenden Eingang des Opertionsverstärkers 56 verbunden. Damit wird erreicht, daß am Kondensator 60 etwa die Spannung auftritt, die am nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 56 besteht. Auf diese Spannung lädt sich der Kondensator 60 auf. Die über dem Kondensator 60 liegende Spannung wird mit Hilfe des Spannungsteilers 62, 64 auf die gewünschte Referenzspannung zur Mittenabtastung der Nutzsignale NS für die erste Komparatorstufe 44 eingestellt.

Wenn innerhalb der Übertragung der Bits eines Informationsblockes der niedrige Pegel des Lichtsignales längere Zeit vorherrscht, dann sorgt der Kondensator 60 dafür, daß die Referenzspannung für die erste Komparatorstufe 44 sich nicht ändert. Bei neu eintreffenden

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• Blöcke!. ~·ι Bj.v3 je; n er^ ■ -.„ i_3 Au^.

'stufe 'ⁱ'^r>. itomatifch den richtigen Wert für die . iier^cn: 'spannung ζ λ:· :,ittenabtastung aer Nutzsignale NS.

Ds Bus3V3tem wird auf folgende Weis^ betri -^¹":

Das zu übertragende. Informationssignal IS wird mit Hilfe des Senders 10 in Lichtsignale LS umgewandelt. Dabei kann mit Hilfe des Schalters 24 der Sender 10 so eingestellt werden, daß der Pegel der Lichtsignale LS z.B. am Eingang eines Mischers einen bestimmten festgelegten Wert hat. Damit kann erreicht werden, daß für alle an einen Bus angeschlossene Sender am Eingang des Mischers der gleiche Pegel für die Lichtsignale erreicht wird. Die von der Diode 12 auf einen Lichtwellenleiter eingekoppelten Lichtsignale werden über den Lichtwellenleiterf den Mischer zum Empfänger übertragen. Dort gelangen sie zur Eingangsstufe 30 und werden mit Hilfe der Diode 32 wiederum in elektrische Signale umgewandelt. Die.elektrischen Signale werden mit Hilfe der Eingangsstufe^j verstärkt zu Nutzsignalen NS. Aus den Nutzsignalen NS wird mit Hilfe der Abtaststufe 42 die Referenzspannung RS1 zur Mittenabtastung der Nutzsignale NS gewonnen und der ersten Komparatorstufe 44 und zwar dem Operationsverstärker 54 zugeführt. Am Operationsverstärker 5^J-^! liegen gleichzeitig die Nutzsignale NS an. Durch Ver-

25* gleich der Nutzsignale NS mit- ^er ersten Referenzspannung RS1 wird festgestellt, ob der Pegel der Nutzsignale NS über der Referenzspannung vder unter der Referenzspannung liegt. Dementsprechend wer-en am Ausgang des Operationsverstärkers 54 Informationssignale IS abgegeben. Die Nutzsignale NS oder das Referenzsignal RS1 werden der zweiten Komparatorstufe 46 und zwar dem Operationsverstärker 48 zugeführt. Am Operationsverstärker 48 liegt weiterhin die Referenzspannung RS2, d^« mit Hilfe der Konstantstromquelle 50 erzeugt wird. Mit Hilfe der Konstantstromquelle 50 kann die Referenzspannung RS2 den Gegebenheiten auf der Empfänger-

seite angepaßt werden und eine derartige Referenzspannung RS2 gebildet werden, die das besondere übertragungsverhalten der einzelner. Empfänger, die an den Bus angeschlossen sind, berücksichtigt, ^ie zweite Komparatorstufe 46 gibt immer dann ein Kollisionssignal KS am Ausgang ab, wenn entweder die Referenzspannung RS1 zur Mittenabtastung des Nutzsignales NS oder das Nutzsignal NS die Referenzspannung RS2 übersteigt. Eine solche Kollision liegt dann vor, wenn gleichzeitig zwei Sender auf den Bus arbeiten. Dann aber ist der Pegel des Nutzsignals NS bei jedem Empfänger etwa doppelt so großwie für den Falldaß nur ein Sender sendet.

Für die Übertragung der Informationen über die Übertragungsstrecke sind wegen deren Gleichstromverhalten alle gängigen Codierungen und Verfahren anwendbar. Dabei ist zu berücksichtigen, daß auf der Empfängerseite ein Taktsignal erzeugt werden muß, um den Abtastzeitpunkt des Informationssignales festlegen zu können. Bei Dauer 0 oder Dauer 1 während eines Blockes von Bits des Informationssignales müssen für die Ableitung dieses Taktsignales Synchronisierschritte vorgesehen werden: Beim Start-Stop-Verfahren sind dies die Startschritte, bei freilaufendem Informationsstrom der Einfluß des Scramblers, bei selbsttakienden Codierungen die entsprechenden Wechsel. Bei Verwendung des Start-Stop-Verfahrens muß der Abtaststufe besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden, da an diese hohe Geschwindigkeitsanforderungen gestellt werden. Dies gilt auch für die Verwendung von Scrambler und PLL. Mit Hilfe eines speziellen Trinärcodes ist es möglich, die Taktsignale und die Informationssignale überlagert zu übertragen. Trotzdem wird nur ein sehr geringer Aufwand für die Taktrückgewinnung benötigt.

Der Aufbau dieses speziellen Trinärcodes ergibt sich aus Fig. 7. In Zeile a sind das TaktsignalTSund in Zeile b

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das Informationssignal darstellt, die vom sendenden Rechner geliefert werden. Das Informationssignal in Zeile b ist bei hohem Pegel mit H, bei tiefem Pegel mit L bezeichnet. Dem hohen,Pegel H kann die binäre 1, dem tiefen Pegel L die binäre 0 zugeordnet werden. Das derart codierte Informationssignal nach Zeile b wird in einen Trinärcode umgewandelt, der in Zeile e dargestellt ist. Dieser Trinärcode zeichnet sich dadurch aus, daß bei jedem zu übertragenden Bit des Informationssignals ein Pegelwechsel auftritt. Dabei ist dem H Pegel des Bits des Informationssignals ein H Pegel beim Trinärcode zugeordnet, wenn diesem Bit ein Bit mit einem L Pegel vorausgeht oder wenn bei der Aufeinanderfolge von mehreren Bits des Informationssignals mit H Pegel^ dieses Bit das (2^n+1)-te Bit (n=0_, 1,2—) in dieser Aufeinanderfolge ist. Dem L Pegel eines Bits des Informationssignales wird ein L Pegel beim Trinärcode zugeordnet, wenn diesem Bit ein Bit mit H Pegel vorausgeht oder wenn bei der Aufeiannderfolge von mehreren Bits mit L Pegel dieses Bit das (2.n+1)-te Bit in dieser Aufeinanderfolge ist. Der Trinärcode weist dagegen einen mittleren Pegel (M Pegel) auf, wenn bei der Aufeinanderfolge von mehreren Bits des Informationssignal-" mit H Pegel bzw. L Pegel das zu codierende Bit das (2.n)te Bit in dieser Aufeinanderfolge ist.

Lichtsignale, die entsprechend dem Trinärcode nach Zeile e aufgebaut sind, können ohne Schwierigkeiten über einen Lichtwellenleiter übertragen werden. Damit ist aber gewährleistet, daß für jedes Bit des Informationssignals im Trinärcode ein Pegelwechsel vorhanden ist, der zur Ableitung eines Taktsignals auf der Empfängerseite herangezogen werden kann. Zur Erzeugung des L Pegels des Lichtsignals wird die Lichtquelle im Sender ausgeschaltet, den übrigen beiden Pegeln sind verschiedene Lichtleistungen zugeordnet.

Die dem Trinärcode nach Zeile e in Fig. 7 entsprechenden Lichtsignale werden mit Hilfe eines elektrooptischen Senders 11 nach Fig. 2 erzeugt. Dazu wird aus dem Informationssignal IS nach Zeile b der Fig. 7 erste Zwischensignale SE1 entsprechend Zeile c und zweite Zwischensig nale SE2 entsprechend Zeile d der Fig. 7 gebildet. Die Zwischensignale SE1 und SE2 werden im Sender nach Fig. 2 überlagert und der Diode 12 zugeführt. Diese gibt entsprechende Lichtsignale ab.

Eine Codierschaltung, mit der die Zwischensignale SE1 und SE2 aus dem Informationssignal IS gewonnen werden können, zeigt Fig. 8. Die Zwischensignale SE1 werden mit Hilfe eines D-Flip-Flops 70 gewonnen. Dazu werden dem D Eingang des Flip-Flops 70 das Informationssignal zugeführt und dem Steuereingang C die Taktsignale TS. Am Ausgang des Flip-Flops 70 werden die Zwischensignale SE1 abgegeben, die gegenüber dem Informationssignal IS lediglich zeitlich versetzt sind.

Die Zwischensignale SE2 werden mit Hilfe eines bistabilen Kippgliedes 72 und einem weiteren D-Flip-Flop 74 gebildet. Diese zweiten Zwischensignale SE2 haben einen H Pegel, wenn das Trinärsignal einen H Pegel haben soll, sie haben einen L Pegel, wenn das Trinärsignal einen L Pegel haben soll, es hat bei der Aufeinanderfolge von Bits des Informationssignals mit H Pegel bzw. L Pegel einen L Pegel bzw. H Pegel, wenn das Trinärsignal einen M Pegel haben soll. Aus dem Informationssignal IS wird mit Hilfe des Schaltungsteiles 76 ein Impuls erzeugt, wenn die Vorderflanke des Informationssignales IS auftritt, der dem Setzeingang S des bistabilen Kippgliedes 72 zugeführt wird. Mit Hilfe des Schaltungsteiles 78 wird aus der Rückflanke des Informationssignales IS ein Impuls gewonnen, der dem Rücksetzeingang R des Kippgliedes 72 zugeführt wird. Das Kippglied 72 ist außerdem

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negativ "Iankengesteuert und mit seinem in. ^rt. erehce-;. k &- gang mit ^nem D Eingang verbunden. Das bistabil-= Kippgl.eci 72 wird somit gesetzt, wenn dem Setzeingang S ein Impuls augeführt wird, es wird zurückgesetzt, wenn dem Rücksetzeingang R ein Impuls zugeführt wird. Liegt weder ein Setzimpuls noch ein Rücksetzimpuls vor, dann wird das bistabile Kippglied 72 durch den Takt TS ständig umgeschaltet. Der Ausgang des bistabilen Kippgliedes 72 ist mit dem D Eingang des D-Flip-Flops 74 verbunden, das den Wert des Kipp-

lOgliedes 72 übernimmt, wenn das nächste Taktsignal TS auftritt.

Um den Sender nach Fig. 2 für die Trinärcodierung in digitalen Stufen einstellbar zu machen, wird der Sender nach Fig. 2 entsprechend Fig. 3 umgeändert. Es sind zwei Gruppen 80.1, 80.2 von Einstellwiderständen 80 vorgesehen, die verschiedene Werte entsprechend Fig. 3 haben. Die Widerstände 80 bilden einen Sternpunkt SP, an dem die Diode 12 angeschlossen ist. Weiterhin sind die Einstellwiderstände 80 mit Torschaltungen 22 verbunden, die ebenfalls gruppenweise zusammengefaßt sind. Der Gruppe von Torschaltungen 22.1 werden die Zwischensi_o_ ..Ie SE1 , der Gruppe von Torschaltungen 22.2 die Zwischensignale SE2 gemeinsam zugeführt. Die Ansteuerung der Torschaltungin 22.1 und 22.2 eriolgt mit Hilfe eines Schalters 24, der z.B. aus einem Register bestehen kann. Beim Betrieb werden jeweils immer die Torschaltungen in beiden Gruppen von Torschaltungen angesteuert, die der ^weiligen Schalterstellung entsprechen, so daß gleichzeitig über einige der Einstellwiderstände 80.1 und 80.2 die Zwischensignale SE1 und SE2 geführt und addiert werden. Die Summe der Zwischensignale SE1 und SE2 ergibt den Trinärcode, der von der lichtemittierenden Diode 12 als Lic -signal auf den Lichtwellenleiter eingeko^pelt wird.

Die über den Lichtwellenleiter übertragenen im Trinärcode codierten, also dreipegeligen-Lichtsignale, werden durch die

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Avalanche Photo Diode 32 in elektrische Signale umgewandelt und mit Hilfe der Vorstufe 30 verstärkt und in Nutzsignale NS umgewandelt. Diese Nutzsignale NS werden dann einer Abtaststufe 82, eine." ersten Komparatorstufe 84 und einer zweiten Komparatorstufe 86 zugeführt. Das Nutzsignal NS wird der zweiten Komparatorstufe 86 zugeführt, um festzustellen, ob eine Kollision vorliegt. Die zweite Komparatorstufe ist entsprechend der Fig. 5 aufgebaut und es kann auf die Erläuterungen zu Fig. 5 verwiesen werden.

Die Abtaststufe 82 enthält zunächst einen Operationsverstärker 88, eine Diode 90 und einen Kondensator 92, die entsprechend der Abtaststufe 42 der Fig. 5 aufgebaut sind. Parallel zu dem Kondensator 92 liegt jedoch nicht ein Spannungsteiler aus zwei Widerständen, sondern ein Schaltelement 94, z.B. ein Feldeffekttransistor. Mit Hilfe des Feldeffekttransistors 94 kann der Kondensator 92 sehr schnell entladen werden. Dies ist notwendig, wenn die übertragung eines Blockes von Informationen beendet ist. Die Spannung über dem Kondensator 92 wird über einen Spannungsfolger 96, einem Spannungsteiler aus drei Widerständen 98, 100, 102 zugeführt. Mit Hilfe des Spannungsteilers 98, 100 und 102 werden zwei Referenzspannungen RS3 und RS4 gewonnen. Die Referenzspannung RS3 wird einem Operationsverstärker 104 zugeführt, die Referenzspannung RS4 einem Operationsverstärker 106. Den Operationsverstärkers 104 und 106 werden zu-^dem die Nutzsignale NS zugeführt. Der Operationsverstärker 104 gibt immer dann ein Signal SE3 ab,wenn das Nutzsignal NS die Referenzspannung RS3 übersteigt. Entsprechend gibt der Operationsverstärker 106 ein Signal SE4 ab, wenn das Nutzsignal NS das Referenzsignal RS4 unterschreitet.

Aus den Signalen SE3 und SE4 w^d mit Hilfe einer Decodierschaltung nach Fig. 9 d^as Informationssignal IS wie-

dergewonnen. Dazu werden die Signale SE3 und SE4 einem RS-Flip-Flip 108 zugeführt, das an seinem Ausgang das Informationssignal IS wieder/abgibt.

Außerdem können mit Hilfe der Signale SE3 und SE4 die Taktsignale für den Empfänger gewonnen werden. Dies erfolgt mit Hilfe von Schaltungsteilen 110 bis 116, die aus der Vorderbzw. Rückflanke der Signale SE3 und SE4 Impulse erzeugen, die mit Hilfe eines Gatters 118 zusammengefaßt werden zum Taktsignal TS. Die Schaltungsteile 110 und 116_ erzeugen dann einen Impuls, wenn die Vorderflanke eines Signales SE3, SE4 anliegt, die Schaltungsteile 112 und 114 erzeugen dann einen Impuls, wenn die Rückflanke der SE3 und SE4 anliegen. Die mit Δ12 in Fig. 9 bezeichneten Inverterglieder haben eine Verzögerungszeit von einer halben bit-Zeit.

Die Ansteuerung des Schaltelements 94 in Fig.^6 erfolgt mit Hilfe des Taktsignales TS, das einem ersten monostabilen Kippglied 120 zugeführt wird. Der invertierende Aus- gang des monostabilen Kippgliedes 120 wird an ein zweites monostabiles Kippglied 122 angelegt. Dieses gibt nur dann ein Signal ab, wenn nach dew. letzten Taktsignal keine weiteren Taktsignale auftreten. Damit wird am Ende einer übertragungszeit der Kondensator 92 entladen und bei Beginn einer neuen übertragung eines Blockes des Informationssignales kann sich der. Kondensator 92 wieder auf den Pegel der Nutzsignale einstellen.

17 Patentansprüche
9 Figuren

Claims

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Patentansprüche

1/ Bussystem mit Lichtwellenleitern, bei dem das zu übertragende Informationssignal durch einen elektrooptischen Sender in ein Lichtsignal umgewandelt und dieses in einen Lichtwellenleiter eingekoppelt wird und bei dem das über Lichtwellenleiter übertragene„Lichtsignal durch einen optoelektrischen Empfänger in ein elektrisches Nutzsignal umgewandelt und aus diesem das Informationssignal wiedergewonnen wird, insbesondere für Mehrrechneranordnungen mit lokalem optischen Bus mit Sternkoppler, g e k e η η zeichnet durch einen Sender (10), dessen in den Lichtwellenleiter eingekoppelte von dem Informationssignal abhängige Lichtleistung in digitalen Schritten änderbar ist, durch einen aus gleichstromg'ekoppelten Verstärkern ohne Verstärkungsregelung aufgebauten Empfänger, der eine Eingangsstufe (30) ;zur Erzeugung des Nutzsignals (NS), eine erste Komparatorstufe zur Erzeugung des Informationssignals (IS) aus dem Nutzsignal und eine zweite Komparatorstufe aufweist, der eine in digitalen Stufen änderbare Referenzspannung (RS2) zugeführt wird, die den Pegel des Nutzsignals (NS) abtastet uad ein Kollisionssignal (KS) abgibt, wenn das Nutzsignal die Referenzspannung übersteigt.
2. Bussystem nach Anspruch 1, dadurch g e.k e η η ζ e i c hn e t , daß zwischen der Vorstufe (30) und den Komparatorstufen eine Abtaststufe (42, 82) vorgesehen ist, die aus dem Nutzsignal (NS) das Referenzsignal für eine Mittenabtastung des Nutzsignals für die erste Komparatorstufe erzeugt.
3. Bussystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Eingangsstufe (30) aus einer-Avalanche -Photo Diode (32), die mit-einem ersten Betriebspotential (U1) und über einen Widerstand (34) mit

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einem zweiten Betriebspotential (U2) verbunden ist, aus einem ersten Operationsverstärker (36), dessen nicht invertierender Eingang an den Verbindungspunkt (VP1) von Diode (32) und Widerstand ^34) angeschlossen ist und dessen Ausgang über einen Widerstand (38) mit dem invertierenden Eingang verbunden ist und aus einem weiteren Widerstand (40), der einerseits mit dem zweiten Betriebspotential (U2), andererseits mit dem am Ausgang des Operationsverstärkers angeschlossenen Widerstand (38) verbunden ist.
4. Bussystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Komparatorstufe (46, 86) aus einem zweiten Operationsverstärker (48) besteht, dessen einer Eingang mit dem Ausgang des ersten Operationsverstärkers (36) verbunden ist, bzw. dessen Eingang das Referenzsignal von der Abtaststufe zugeführt wird, dessen anderer Eingang an einem Verbindungspunkt zwischen einem am zweiten Betriebspotential (U2) angeschlossenen Widerstand (52) und einer üigital einstellbaren Konstantstromquelle (50) liegt und an dessen Ausgang das Kollisionssignal (KS) erscheint.
5. Bussystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Sender (10) zur Erzeugung eines zweipegeligen Lichtsignals aus einem 2_- pegeligen Informationssignal mit einer lichtemittierenden Diode (12), die zwischen dem zweiten Betriebspotential (U2) und einem Sternpunkt (SP) liegt, an dem eine Mehrzahl von Einstellwiderständen (14-20) angeschlossen ist, mit einer Mehrzahl von Torschaltungen (22), deren Ausgänge jeweils mit einem Einstellwiderstand verbunden sind, deren einen Eingängen gemeinsam das Informationssignal (IS) zugeführt wird und deren andere Eingänge mit einem Schalter (24) verbunden sind.

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6. Bus^ ,.-tem nach Anspruch 5, g e k e η η 'ζ a i c h net durch eine Abtaststufe (42) aus einem dritten Operationsverstärker (56), dessen nicht invertierender Fingang mit dem Ausgang des ersten Operationsverstärkers (36) verbcnden ist, aus einer Diode (58), die einerseits mit dem Ausgang des dritten Operationsverstärkers, andererseits mit dessen invertierenden Eingang und mit einem Kondensator (60) verbunden ist, der an dem zweiten Betriebspotential (U2) anliegt.
7. Büssystem nach Anspruch 6, dadurch g e k e η η

zeichnet , daß die erste Komparatorstufe (44) aus einem vierten Operationsverstärker (54) besteht, dessen einer Eingang mit dem Ausgang des ersten Operationsverstärkers (36), dessen zweiter Eingang mit einem Spannungsteiler (62, 64) verbunden ist, der parallel zu dem Kondensator (60) liegt.
8. Bussystem nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch ge kennzeichnet , daß der Sender das zu übertragende 2-pegelige Informationssignal (IS) in ein 3-pegeliges Lichtsignal (LS) umwatmait, daß dabei dem Η-Pegel eines Bits des Informationssignals ein Η-Pegel des Lichtsignals zugeordnet ist, wenn diesem Bit des Iniormationssignals ein Bit des Informationssignals mii L-Pegel vorausgeht oder wenn bei der Aufeinanderfolge von mehreren Bits de^ Informationssignals mit H-Pegel dieses Bit des Informationssignals das (2.n+1)-te Bit ^n=O,1,2...) dieser Aufeinanderfolge ist, daß dem L-Pegel eines Bits des Informationssignals ein L-Pegel des Lichtsignals zugeordnet ist, wenn diesem Bit des Informationssignals ein Bit des Informationssignals mit H-Pegel vorausgeht oder wenn bei der Aufeinanderfolge von mehreren Bits c .; Informationssignals mit L-Pegel dieses Bit das (2n+1)te Bit in dieser Aufeinanderfolge ist, daß dem Η-Pegel bzw. L-Pegel eines Bits des Informationssignals

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ein M-Pegel des Lichtsignals zugeordnet ist, wenn bei der Aufeinanderfolge von mehreren Bits des Informationssignals mit Η-Pegel bzw. L-Pegel dieses Bit das (2.n)te Bit in dieser Aufeinanderfolge i°t.
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9. Bussystem nach Anspruch 8, dadurch g e k e η η zeichnet , daß eine Codierschaltung vorgesehen ist, der ein Taktsignal (TS) und das 2-pegelige Informationssignal (IS) zugeführt wird und die aus dem Informationssignal ein mit diesem übereinstimmendes zeitversetztes erstes 2-pegeliges Zwischensignal (SE1) und ein zweites 2-pegeliges Zwischensignal (SE2) erzeugt, das einen Η-Pegel hat, wenn das Lichtsignal einen Η-Pegel haben soll, einen L-Pegel hat, wenn das Lichtsignal einen L-Pegel haben soll und das bei der Aufeinanderfolge von Bits des Informationssignals mit Η-Pegel bzw. L-Pegel einen L-Pegel bzw. Η-Pegel hat, wenn das Lichtsignal einen M-Pegel haben soll.
10. Bussystem nach Anspruch 9, dadurch g e k e η η

zeichnet , daß die Codierschaltung einen ersten Schaltungsteil zur Erzeugung des ersten Zwischensignales (SE1) mit einem ersten flankengesteuerten D-Flip-Flop (70) aufweist, dessen D Eingang die Informationssignale (IS), dessen Steuereingang Taktsignale (TS) zugeführt werden und an dessen Ausgang die ersten Zwischensignale (SE1 ) auftreten.
11. Bussystem nach Anspruch 9 oder 10, dadurch ge kennzeichnet , daß die Codierschaltung zur Erzeugung des zweiten Zwischensignales (SE2) einen zweiten Schaltungsteil aufweist, der ein durch die Taktsignale negativ flankengesteuertes bistabiles Kippglied (72) aufweist, dessen invertierender Ausgang mit seinem D-Eingang verbunden ist, dessen Setzeingang (S) ein Impuls zugeführt wird, wenn die Vorderflanke des Informationssignales

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auftritt und dessen Rücksetzeingang (R) ein Impuls zugeführt wii-, wenn die Rückflanke des Informatioßssignales auftritt und der ein durch die Taktsignale (TS) flankengesteuertes D-Flip-Flop (74) aufweist, dessen D-Eingang mit dem Ausgang des bistabilen Kippgliedes (72) verbunden ist und an dessen Ausgang die zweiten Zwischensignale (SE2) auftreten.
12. Bussystem nach Anspruch 9 oder 11, dadurch ge .10 k e η. nzeichnet , daß im Sender (11) zur Erzeugung des 3-pegeligen Lichtsignales das erste und zweite Zwischensignal (SE1,SE2) überlagert wird und das überlagerte Signal an der lichtemittierenden Diode (12) anliegt.
13- Bussystem nach Anspruch 12, gekennzeich net durch einen Sender mit einer lichtemittierenden Diode (12), die zwischen dem zweiten Betriebspotential (U2 ) und einem Sternpunkt (SP) liegt, an dem zwei Gruppen aus Einstellwiderständen (80.1,80.2) angeschlossen sind, wobei die Werte der Einstellwiderstände der einen Gruppe identisch sind mit den Werten der Einstellwiderstände der anderen Gruppe, mit einer der .V-zahl der Einstellwiderstände der beiden Gruppen identischen Anzahl von Torschaltungen (22), an deren Ausgängen die Einstellwiderstände angeschlossen sind, deren eine Eingänge mit ein^m Schalter (24) verbunden sind und deren andere Eingänge gruppenweise zusammengeschlos- - sen sind, wobei der einen Gruppe von Torschaltungen (22.1) die einen Zwischensignale (SE1), der anderen Gruppe von Torschaltungen (22.2) die anderen Zwischensignale (SE2) zugeführt werden.
14. Bussystem nach einem der Ansprüche 8 bis 13, ge kennzeic >net durch eine Abtaststufe (82) aus einem fünften Operationsverstärker (88), dessen nicht invertierender Eingang mit dem Ausgang des ersten Operations-

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Verstärkers (36) verbunden ist, dessen Ausgang über die Serienschaltung aus einer Diode (90) und einem Kondensator (92) mit dem zweiten Betriebspotential (U2) verbunden ist, und dessen invertiex'^nder Eingang an den Verbindungspunkt zwischen Diode (90) und Kondensator (92) angeschlossen ist, aus einem parallel zu dem Kondensator angeordneten Schaltelement (94), das leitend gesteuert wird, wenn die übertragung eines Informationsblockes beendet ist, aus einem Spannungsteiler aus drei Widerständen (98, 100, 102), der einerseits über einen Spannungsfolger (96) mit dem Kondensator (92), andererseits mit dem zweiten Betriebspotential (U2) verbunden ist.
15. Bussystem nach Anspruch 14, gekennzeich η e t durch die erste Komparatorstufe (84) aus einem sechsten Operationsverstärker (104), dessen invertierender Eingang mit dem Ausgang des ersten Operationsverstärkers (36), dessen nicht invertierender Eingang mit dem einen Verbindungspunkt des Spannungsteilers zur Abnahme der ersten Referenzspannung (RS3) verbunden ist und an dessen Ausgang erste Signale (SE3) erscheinen, wenn die erste Referenzspannung (RS3) durch das Nutzsignal (NS) überschritten wird, aus einem siebten Operationsverstärker (106), dessen nicht invertierender Eingang mit dem Ausgang des ersten Operationsverstärkers (36), dessen invertierender Eingang mit dem anderen Verbindungspunkt des Spannungsteilers zur Abnahme der zweiten Referenzspannung (RS4) verbunden ist und an dessen Ausgang zweite Signale (SE4) erscheinen,wenn das Nutzsignal (NS) die zweite Referenzspannung (RS4) unterschreitet, und aus einem RS-Flip-Flop (108), dessen einer Eingang mit dem Ausgang des sechsten Operationsverstärkers (104) und dessen anderer Eingang mit dem Ausgang des siebten Operationsverstärkers (106) verbunden ist und das am Ausgang das Informationssignal (IS) abgibt.

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16. Bussystem nach Anspruch 15, gekennzeich net durch eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung des Talctsignals (TS) aus dem ersten und zweiten Signal (SE3, SE4) aus Schaltungsteilen (110, 112, 114, 1161, die bei Auftreten einer Flanke des ersten und zweiten Signales einen Impuls erzeugen, der durch ein Gatter (118) zu dem Taktsignal (TS) zusammengefaßt wird.

17- Bussystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß bei L-Pegel des Lichtsignales die Lichtquelle ausgeschaltet ist.