DE3439789A1

DE3439789A1 - Verfahren zur verminderung der belastung einer sendeschaltung durch die empfangsschaltung mehrerer sende-/empfangsgeraete und schaltungsanordnung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3439789A1
Application number: DE19843439789
Authority: DE
Inventors: Lothar 5982 Neuenrade Blomberg
Original assignee: Brown Boveri und Cie AG Germany; BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1984-10-31
Filing date: 1984-10-31
Publication date: 1986-05-07
Also published as: EP0199807A1; DE3439789C2; WO1986002794A1

Description

Verfahren zur Verminderung der Belastung einer Sende-
schaltung durch die Empfangsschaltung mehrerer Sende-/-Empfangsgeräte und Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Schaltungsanordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 3 genannten Art.
Im Bereich der netzgebundenen Hausleittechnik hat man bisher mit Systemen gearbeitet, bei denen einerseits Sender zur Ausgabe von Befehlen und andererseits Empfänger zur Aufnahme und Ausführung der Befehle dienten.
Eine komfortablere Hausleittechnik erfordert jedoch ein Dialogsystem, bei dem der Empfänger zurückmeldet, daß ein vom Sender aufgenommener Befehl ausgeführt wurde und hierzu gegebenenfalls noch weitere Informationen überträgt. Um ein solches Dialogsystem zu realisieren, muß dem Empfänger eine Sendeschaltung zugeordnet werden, und der Sender muß zum Empfang der Rückmeldung eine Empfängerschaltung erhalten. Es entstehen also jeweils zwei Sende-/Empfangsgeräte, die je nach Bedarf eine Information senden oder empfangen können. Für Haussprechanlagen sind derartige Dialogsysteme zwingend, da sich üblicherweise der Informationsfluß hierbei nicht auf eine Richtung beschränken läßt.
Um den Schaltungsaufbau derartiger Sende-/Empfangsgeräte einfach zu halten, verwendet man zur Ankopplung des Gerätes an das Netz einen gemeinsamen Wandler. An der Sekundärwicklung dieses Wandlers liegt sowohl der Ausgang der Sendeschaltung, als auch der Eingang der Empfangsschaltung. Nun soll aber der Ausgangswiderstand der Sendeschaltung möglichst klein sein, d.h. die als Funktion des vom Netz gebildeten Lastwiderstandes aufgetragene Kennlinie der abgegebenen Spannung soll im unteren Bereich steil verlaufen, damit eine möglichst große Sendeleistung an das Netz abgegeben werden kann. Der vom Netz gebildete Lastwiderstand wird aber primär durch die Zahl der angeschlossenen Empfänger bestimmt, wobei zu berücksichtigen ist, daß zur Übertragung Hochfrequenzsignale verwendet werden, also das Lastverhalten des Netzes bei 50 Hz weitgehend unbeachtet bleiben kann. Da nun aber die niedrige Impedanz der Sendeschaltung auch dann wirksam bleibt, wenn das Sende-/Empfangsgerät auf Empfang geschaltet ist, wird die Zahl der anschließbaren Empfänger stark eingeschränkt. Denn selbstverständlich darf der Lastwiderstand einen Mindestwert nicht unterschreiten, weil andernfalls das Ansprechen der Empfänger nicht mehr gewährleistet wäre.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, das es ermöglicht, die Zahl der an das Netz anschließbaren Empfangsschaltungen wesentlich zu erhöhen. Weiterhin soll eine Schaltungsanordnung für ein Sende-/Empfangsgerät so gestaltet werden, daß sie eine Durchführung des Verfahrens mit geringem Schaltungsaufwand ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Fortbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen genannt.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß es sowohl bei Fernwirk- als auch bei Fernsprechanlagen zur Anwendung kommen kann. Es ist davon auszugehen, daß in dem räumlich begrenzten Fernübertragungskreis eines Hauses oder einer Wohnung jeweils nur ein Gerät sendet, während alle übrigen Geräte empfangen. Das zu sendende Signal wird dabei von einem Gerät mit einer niedrigen Kopplungsinpedanz in das Netz eingespeist und kann durch eine Vielzahl weiterer Geräte mit einer hohen Kopplungsimpedanz abgenommen werden. Durch die hochohmige Empfängereingangsimpedanz läßt sich die Zahl der anschließbaren Empfängerschaltungen wesentlich erhöhen.
Während bei einer Fernsprecheinrichtung die Teilnehmer durch Umschalter dafür sorgen, daß jeweils nur ein Teilnehmer sendet, sieht eine Weiterbildung der Erfindung bei einer Fernwirkeinrichtung vor, daß alle Sende-/Empfangsgeräte, außer dem Leitgerät, grundsätzlich auf Empfang geschaltet sind. Erst ein Befehl des Leitgerätes ermöglicht auch einem der anderen Geräte das Senden einer Information. Dabei sorgt eine Zeitautomatik dafür, daß nach dem Sende befehl in einer vorgegebenen Zeitspanne das betroffene Sende-/Empfangsgerät selbsttätig wieder von Senden auf Empfang schaltet.
Eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besitzt einen Ubertrager, dessen Primärwicklung unmittelbar oder über Zwischenglieder am Netz angeschlossen ist. Die Sekundärwicklung des Übertragers ist bei Sendebetrieb mit dem Ausgangssignal einer Sendeschaltung beaufschlagt und bei Empfangsbetrieb gibt sie vom Netz kommende Sendesignale an den Eingang einer Empfängerschaltung weiter. Eine Steuerschaltung bewirkt das Umschalten zwischen Senden und Empfangen. Erfindungsgemäß ist in Serie zur Sekundärwicklung des Ubertragers ein steuerbarer Schalter geschaltet, der bei Sendebetrieb geschlossen und somit niederohmig und bei Empfangsbetrieb geöffnet und dadurch hochohmig ist. Mit dem steuerbaren Schalter wird also auf einfache Weise eine Umschaltung der Impedanz des Übertragers erreicht.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Sekundärwicklung des Ubertragers mit ihrem einen Ende an der Endstufe der Sendeschaltung und mit ihrem anderen Ende an einer durch den steuerbaren Schalter einerseits und den Eingang der Empfängerschaltung andererseits gebildeten Parallelschaltung liegt. Durch die Lage des steuerbaren Schalters ist dafür gesorgt, daß nicht nur eine Umschaltung der Kopplungsimpedanz erfolgen kann, sondern beim Umschalten auf Senden der Eingang des Empfängers praktisch auf Nullpotential zu liegen kommt. Der nicht ausgesteuerte Empfänger verbraucht somit während der Sendezeit auch keinen Strom.
Die Endstufe der Sendeschaltung arbeitet mit einer relativ hohen Versorgungsspannung, damit durch ein hohes Übersetzungsverhältnis der Wicklungen des Ubertragers eine niedrige Kopplungsimpedanz erzielt werden kann. In einer Weiterbildung sieht die Erfindung vor, daß zwischen der Endstufe der Sendeschaltung und der Parallelschaltung, vorzugsweise zwischen der Sekundärwicklung und der Parallelschaltung; ein Kondensator eingefügt ist. Hierdurch wird der hohe Gleichspannungsanteil der Endstufe der Sendeschaltung gegenüber dem steuerbaren Schalter abgeblockt.
Zur Nutzbarmachung neuer Technologien wird in vorteilhafter Weise die Steuerschaltung durch einen Mikroprozessor und der steuerbare Schalter durch einen Transistor realisiert. Die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors liegt dabei parallel zum Eingang der Empfängerschaltung, während die Basis-Emitter-Strecke zu einem Kondensator parallel liegt, der mit einem vorgeschalteten Widerstand für das vom Mikroprozessor kommende Signal ein Integrationsglied bildet. Hierdurch werden Spannungsspitzen, die bei einem schnellen Umschalten zwischen Sende- und Empfangsbetrieb entstehen können, wirksam unterdrückt. Vor zu hohen Störspannungen, die zu einer Gefährdung der Transistoren führen könnten, werden diese durch eine ihrer Kollektor-Emitter-Strecke parallel geschaltete Zehnerdiode geschützt.
Zweckmäßigerweise ist der Ubertrager so ausgelegt, daß seine netzseitige Induktivität gleich oder größer als 0,2 mH beträgt. Bei 120 kHz ergibt das eine Impedanz von 150 Ohm, die möglichst nicht unterschritten werden sollte, damit die Eingangsimpedanz der Empfangsschaltung nicht zu niederohmig ist. Auch das Ubersetzungsverhältnis des Ubertragers sollte bei mindestens 1:5 liegen, während die von der Endstufe der Sendeschaltung abgegebene Spannungsamplitude mindestens 10 Volt betragen sollte.
In vorteilhafter Weise wird die erhöhte Spannungsamplitude für die Endstufe der Sendeschaltung durch eine Spannungsverdopplung der für die übrige Stromversorgung dienenden Ausgangsspannung des Netztransformators erzeugt.
Den Stromverbrauch des Sende-/Empfangsgerätes kann man dadurch reduzieren, daß die Steuerschaltung mit dem Öffnen des steuerbaren Schalters auch die Stromversorgung der Sendeschaltung ganz oder zumindest teilweise abschaltet. Unterdrückt man auf diese Weise das Sendesignal, so wird auch die Endstufe der Sendeschaltung nicht ausgesteuert und verbraucht demgemäß ebenfalls keinen Strom.
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird im folgenden näher beschrieben und anhand eines in der Zeichnung dargestellten Schaltbildes erläutert.
Die in der Zeichnung dargestellte Schaltungsanordnung besteht im wesentlichen aus einer Sendeschaltung 1, einer Empfangsschaltung 2, einer Kopplungsschaltung 3 und einer Stromversorgungsschaltung 4.
Die Grundgedanken der Erfindung kommen in der Kopplungsschaltung 3 zur Anwendung. Ein Ubertrager Ül liegt mit seiner Primärwicklung W1 über einen Kondensator C3 an Leitungen des Netzes 5 und ermöglicht so mit Hilfe seiner Primärwicklung W2 die Kopplung der Sendesignale von der Sendeschaltung 1 auf das Netz bzw. der Empfangssignale vom Netz zur Empfangsschaltung 2. Hierzu liegt die Sekundärwicklung W2 des Ubertragers Ül mit ihrem einen Ende El am Ausgang der Sendeschaltung 1 und mit ihrem anderen Ende E2 über einen Kondensator C2 an einer Parallelschaltung, die durch den Eingang F der Empfangsschaltung 2 einerseits, und durch die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors T3 andererseits gebildet wird. Parallel zur Basis-Emitter-Strecke des Transistors T3 liegt ein Kondensator C, der mit einem Widerstand R7 ein Integrationsglied bildet, das die von einer Steuerschaltung A kommenden Signale verzögert. Von der Steuerschaltung A ausgehende Störimpulse, die durch schnelles Umschalten zwischen Senden und Empfangen bzw.
umgekehrt entstehen können, werden durch das Integrationsglied R7, CLl gedämpft.
Die durch einen Mikroprozessor gebildete Steuerschaltung A sorgt dafür, daß die Emitter-Kollektor-Steuerstrecke des Transistors T3 während der Sendephase durchgesteuert ist. Dadurch wird das an der Parallelschaltung F,T3 liegende Ende E2 der Senkundärwicklung W2 des Ubertragers Ul auf Nullpotential gezogen, so daß im Sekundärkreis eine niedrige Impedanz entsteht. Das Übersetzungsverhältnis W1:W2 des Ubertragers U1 ist weiterhin so gewählt, daß sich zum Netz hin eine möglichst niedrige Kopplungsimpedanz ergibt.
Die Empfängerschaltung 2 liegt mit ihrem Eingang F während der Sendephase, also bei durchgesteuertem Transistor T3, ebenfalls auf Nullpotential. Am Eingang F liegt somit kein Steuersignal, so daß die Empfangsschaltung 2 während dieser Zeit auch praktisch keinen Strom verbraucht. Während der Empfangsphase sperrt die Steuerschaltung A den Transistor T3. Dadurch wird der Primärkreis des Übertragers ul hochohmig, so daß der Empfang mit einer hohen Kopplungsimpedanz erfolgt.
Die Sendeschaltung 1 arbeitet mit einer Frequenz von 120 kHz. Das an ihrem Eingang H anliegende Signal wird durch einen Multivibrator erzeugt und ist somit rechteckförmig. Das dem Netz zuzuführende Signal muß jedoch sinusförmig und entsprechend den FTZ-Vorschriften klirrarm und mit geringen Oberwellen behaftet sein.
Zur Weitergabe der Information wird mit Telegrammblöcken T=lms gearbeitet, die über einen hochohmigen Basiswiderstand R1 einen Transistor T1 ansteuern. Durch eine Induktivität L1 weist der Kollektorstrom des Transistors T1 bereits einen trapezförmigen Verlauf auf, was einer Reduzierung der Oberwellen entspricht. Eine weitere Verminderung des Oberwellengehaltes wird durch einen schwingkreisgeführten Übertrager U2 erzwungen, so daß hinter diesem bereits eine saubere Sinusspannung entnommen werden kann. Das Sinussignal wird der Basis eines zweiten Transistors T2 zugeführt, die über einen Spannungsteiler R4,R5 vorgespannt ist. Die Vorspannung wird über die Steuerschaltung A erzeugt, und ist jeweils so gewählt, daß der Transistor T2 während der Empfangsphase gesperrt wird. Ebenso wie bei der Empfangsschaltung benötigt auch die Sendeschaltung nur dann einen Versorgungsstrom, wenn sie in Betrieb ist. Hierdurch kommt man mit einer geringen Versorgungsleistung aus und kann das Netzteil entsprechend schwach dimensionieren. Es wird also nicht nur unnötiger Stromverbrauch vermieden, sondern die Bauteile können auch raumsparend dimensioniert werden.
Damit die Sendeschaltung 1 eine möglicht hohe Leistung an den Übertrager U1 abgeben kann, wird ihre Endstufe T2 mit einer entsprechend hohen Kollektorspannung beaufschlagt. Zu ihrer Erzeugung dient im Netzteil 4 eine Spannungsverdopplerschaltung. Die aus den Dioden D4, D5 und den Kondensatoren C8,C9 aufgebaute Spannungsverdopplerschaltung liegt an der gleichen Sekundärwicklung eines Netztransformators N, die auch zur Speisung eines Spannungsreglers SR dient, der die übrige Schaltung mit Strom versorgt. Der von der Endstufe T2 der Sendeschaltung 1 kommende Gleichspannungsanteil wird hinter der Sekundärwicklung W2 an ihrem Ende E2 durch einen Kondensator C2 unterdrückt, so daß sie nicht an den Kollektor des Transistors T3 gelangt. Vor Überspannungen werden die Transistoren T2,T3 jeweils durch eine ihrer Emitter-Kollektor-Strecke parallel liegende Zehnerdiode D2,D3 geschützt.
Bei Empfangsbetrieb gelangt das vom Netz kommende HF-Signal mit Hilfe des Ubertragers U1 an den Transistor T3, der in diesem Fall gesperrt ist. Vom Kollektor des Transistors T3 wird das Signal über den Kondensator C5 und einen hochohmigen Widerstand R8 an die Basis eines Transistors T4 gelegt, von dessen Ausgang es an einen schwingkreisgeführten Ubertrager U3 gelangt, der für die entsprechende Selektion sorgt. Zur weiteren Verarbeitung wird das Signal vom Ausgang einer nachgeschalteten Endstufe T5 abgenommen.

Claims

Patentansprüche 0Verfahren zur Verminderung der Belastung einer Sendeschaltung, deren hochfrequentes Ausgangssignal einer Netzleitung überlagert ist, an der innerhalb eines räumlich begrenzten Bereiches, vorzugsweise innerhalb eines Hauses oder einer Wohnung, mehrere Sende-/Empfangsgeräte angeschlossen sind, die in Abhängigkeit vom codierten Sendesignal bestimmte Steuer- und/oder Ubertragungsaufgaben wahrnehmen und wechselnd von Sende- auf Empfangsbetrieb umschaltbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß synchron mit der Umschaltung der Sende-/Empfangs geräte von Senden auf Empfang und umgekehrt eine Umschaltung der an der Netzleitung anliegenden Kopplungsimpedanz erfolgt, und dabei eine niederohmige Sendeausgangsimpedanz und eine höherohmige Empfängereingangsimpedanz wirksam ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Fernwirkeinrichtung alle Sende-/Empfangsgeräte, außer dem Leitgerät, grundsätzlich auf Empfang geschaltet sind, so lange ein Befehl des Leitgerätes zum Senden fehlt und eine Zeitautomatik dafür sorgt, daß nach dem Sendebefehl in einer vorgegebenen Zeitspanne das betroffene Sende-/Empfangsgerät selbsttätig wieder von Senden auf Empfang schaltet.
3. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 für ein Sende-/Empfangsgerät mit einem Ubertrager, dessen Primärwicklung unmittelbar oder über Zwischenglieder am Netz angeschlossen ist und dessen Sekundärwicklung bei Sendebetrieb mit dem Ausgangssignal einer Sendeschaltung beaufschlagt ist und bei Empfangsbetrieb vom Netz kommende Sendesignale an den Eingang einer Empfängerschaltung gibt und ein Umschalten zwischen Senden und Empfang ermöglicht ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein steuerbarer Schalter (T3) in Serie zur Sekundärwicklung (W2) des Ubertragers (U1) geschaltet ist, und eine Steuerschaltung (A) dafür sorgt, daß dieser bei Sendebetrieb geschlossen und somit niederohmig und bei Empfangsbetrieb geöffnet und dadurch hochohmig ist.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung (W2) des Übertragers (U7) mit ihrem einen Ende (E7) mittelbar oder unmittelbar an der Endstufe (T2) der Sendeschaltung (1) und mit ihrem anderen Ende (E2) an einer Parallelschaltung des steuerbaren Schalters (T3) einerseits und des Eingangs (F) der Empfangsschaltung (2) andererseits liegt.
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Endstufe (T2) der Sendeschaltung (1) und der Parallelschaltung (T3,F) vorzugsweise zwischen der Sekundärwicklung (W2) und der Parallelschaltung (T3,F), ein Kondensator (C2) liegt.
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (A) durch einen Mikroprozessor und der steuerbare Schalter (T1) durch einen Transistor realisiert sind, wobei die Kollektor-Emitter-Strecke zum Eingang (F) der Empfangsschaltung (2) und die Basis-Emitter-Strecke zu einem Kondensator (C4) parallel liegt, und ein vorgeschalteter Widerstand (R7) mit dem Kondensator (C4) für das vom Mikroprozessor kommende Steuersignal ein Integrationsglied (R7,C4) bildet.
7. Schaltunganordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors (T1) und der Endstufe (T2) der Sendeschaltung (1) je eine Zehnerdiode (D2,D3) parallel geschaltet ist.
8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ubertrager (U1) so ausgelegt ist, daß seine netzseitige Induktivität gleich oder größer als 0,2 mH (150 Ohm bei 150 kHz) beträgt.
9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ubersetzungsverhältnis (W1:W2) des Ubertragers (U1) größer als 1:5 ist und die Sekundärwicklung (W2) des Ubertragers (U1) beim Senden mit einer Spannungsamplitude von über 10 Volt beaufschlagt ist.
10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erhöhte Kollektorspannung des Endstufentransistors (T2) der Sendeschaltung (1) durch eine Spannungsverdopplung der für die übrige Stromversorgung dienenden Ausgangsspannung des Netztrafos (N) erfolgt.
11. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (A) mit dem Öffnen des steuerbaren Schalters (T1) auch die Stromversorgung der Sendeschaltung (1) ganz oder zumindest teilweise abschaltet.