DE3726837A1

DE3726837A1 - Arrangement for bidirectional isolated transmission of information signals

Info

Publication number: DE3726837A1
Application number: DE19873726837
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr Ing Balleier; Hans-Joergen Dr Ing Braune; Frank Dipl Ing Ehrlich
Original assignee: WEINERT E MESSGERAETEWERK
Current assignee: WEINERT E MESSGERAETEWERK
Priority date: 1986-09-03
Filing date: 1987-08-12
Publication date: 1988-03-17
Also published as: DD260854A3

Abstract

The invention relates to an arrangement for bidirectional isolated transmission of information signals via a magnetic isolating transformer. Electrical energy is simultaneously transmitted in one direction. The invention is used in electronic preprocessing of analog information signals to carry out processing in digital systems in measurement and automatic control science and technology. According to the invention, modulators, demodulators, modules for the provision of operating voltage and the isolating transformer are arranged between the analog processor and the digital processing unit. The arrangement of the isolating transformer between the analog processor and digital processing unit permits the isolating point to be constructed using only one transformer. The accuracy of the signal transmission via the isolating point depends only on accurate temporal transmission of the control and comparator signals.

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung ist geeignet zur zweiseitigen potentialgetrenn ten Übertragung von Informationssignalen über einen Trenn übertrager, wobei gleichzeitig in einer Richtung elektrische Energie übertragen wird. Anwendung findet die Erfindung in der Meß- und BMSR-Technik zur elektronischen Vorverarbeitung analoger Informationssignale für die Verarbeitung in digi talen Systemen.The invention is suitable for two-sided electrical isolation th transmission of information signals via a separator transformer, being electrical in one direction at the same time Energy is transmitted. The invention finds application in the measuring and BMSR technology for electronic preprocessing analog information signals for processing in digi tal systems.

Characteristic of the known prior art

Eine genaue Umsetzung elektrisch analoger Informationssignale zur Weiterverarbeitung in digitalen Systemen erfordert im allgemeinen eine Potentialtrennung. Dabei setzt eine fehler freie Übertragung der Informationssignale über die Potential trennstelle eine Signalvorverarbeitung voraus, bei der die elektrisch analogen Informationssignale in Impulsabstand, -länge oder -code abgebildete Signale gewandelt werden. Die Signalvorverarbeitung bedingt die potentialgetrennte Über tragung elektrischer Energie und von Steuersignalen entgegen der Signalübertragungsrichtung über die Potentialtrennstelle.A precise implementation of electrically analog information signals for further processing in digital systems requires generally a potential separation. Doing so sets an error free transmission of the information signals about the potential separating a signal preprocessing in advance, in which the electrically analog information signals in pulse intervals, -length or -code shown signals are converted. The Signal preprocessing requires the isolated over transmission of electrical energy and control signals the direction of signal transmission via the potential isolation point.

In der DE-OS 34 04 956 erfolgt die Potentialtrennung nach der Signalwandlung in einem Analogprozessor mit jeweils separaten Potentialtrennmitteln für die Signalübertragung und die Übertragung von zwei Steuersignalen. Für die potentialfreie Energieversorgung des Analogprozessors ist ein zusätzlicher Trennübertrager notwendig. Nachteilig bei dieser Lösung ist die Potentialtrennung mittels vier paralleler Anordnungen. Dabei tritt eine Vergrößerung der Durchgriffskapazität der mit hohem Aufwand realisierten Potentialtrennstelle ein. Nachteilig ist weiterhin, daß bei Spannungen über der Poten tialtrennstelle im Kilovoltbereich der konstruktive Aufwand dieser parallelen Anordnung schnell ansteigt.In DE-OS 34 04 956 the potential separation takes place after the Signal conversion in an analog processor, each with separate Electrical isolation devices for signal transmission and Transmission of two control signals. For the potential-free Power supply to the analog processor is an additional one Isolation transformer necessary. The disadvantage of this solution is the potential separation by means of four parallel arrangements. This increases the penetration capacity of the potential isolation point implemented with great effort. Another disadvantage is that at tensions over the poten tial separation point in the kilovolt range the design effort this parallel arrangement increases rapidly.

Aim of the invention

Ziel der Erfindung ist es, die Zahl der Potentialtrennmittel auf ein Minimum zu reduzieren, um eine hohe Übertragungs genauigkeit, hohen Isolationswiderstand, kleine Durchgriffs kapazität, hohe zulässige Trennspannung und einen einfachen, billigen Aufbau der Potentialtrennanordnung zu erreichen.The aim of the invention is to reduce the number of potential separators to a minimum to ensure high transmission accuracy, high insulation resistance, small penetration capacity, high permissible isolation voltage and a simple, to achieve inexpensive construction of the electrical isolation system.

State the nature of the invention

Die Erfindung hat die Aufgabe, Informationssignale in beiden Richtungen über einen Trennübertrager potentialgetrennt und in einer Richtung gleichzeitig Energie zur Versorgung der gesamten Signalvorverarbeitungsanordnung zu übertragen. Der Wechselstrom zur Energieversorgung wird von einem Taktgenera tor gesteuert. Eine digitale Verarbeitungseinheit dient der Auswertung des übertragenen Informationssignals und der Ab gabe von Steuersignalen über den Trennübertrager für einen Analogprozessor, der das analoge Informationssignal in einen Impulsabstand umsetzt.The invention has the task of information signals in both Directions are electrically isolated via an isolating transformer and energy in one direction to supply the entire signal preprocessing arrangement to transmit. The AC power is supplied by a clock generator gate controlled. A digital processing unit is used for Evaluation of the transmitted information signal and the Ab control signals via the isolating transformer for one Analog processor, which converts the analog information signal into one Pulse spacing implemented.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die digitale Verarbeitungseinheit über einen ersten Modulator und einen zweiten Demodulator mit der energieaufnehmenden Seite des Trennübertragers und dessen energieabgebende Seite über einen zweiten parallel dazu angeordneten Modulator und über einen ersten Demodulator mit dem Analogprozessor verbun den ist. Die Steuersignale für den Analogprozessor werden von der digitalen Verarbeitungseinheit erzeugt und über den ersten Modulator, den Trennübertrager und den ersten Demodula tor übertragen. Dabei werden die Steuersignale im ersten Mo dulator einer vom Taktgenerator abgeleiteten Wechselspannung aufmoduliert und im ersten Demodulator zurückgewonnen.According to the invention the object is achieved in that the digital processing unit via a first modulator and a second demodulator with the energy-absorbing one Side of the isolating transformer and its energy-giving side via a second modulator arranged in parallel and connected to the analog processor via a first demodulator that is. The control signals for the analog processor are from the digital processing unit generated and via the first modulator, the isolating transformer and the first demodula gate transferred. The control signals are in the first Mo dulator of an alternating voltage derived from the clock generator modulated and recovered in the first demodulator.

Die Übertragung des vom Analogprozessor abgegebenen Kompara torsignals zur digitalen Verarbeitungseinheit erfolgt über den zweiten Modulator, den Trennübertrager und den zweiten Demodulator.The transfer of the Kompara output by the analog processor gate signals to the digital processing unit takes place via the second modulator, the isolating transformer and the second Demodulator.

Dabei kann im zweiten Modulator das Komparatorsignal sowohl einer zusätzlich erzeugten Wechselspannung als auch dem Strom der energieabgebenden Seite des Trennübertragers aufmoduliert werden.The comparator signal can both in the second modulator an additionally generated AC voltage as well as the current modulated on the energy-emitting side of the isolating transformer will.

Der zweite Demodulator ist entsprechend ausgeführt.The second demodulator is designed accordingly.

Prinzipiell können in beiden Übertragungsrichtungen die be kannten Modulationsverfahren angewandt werden.In principle, the be known modulation methods are used.

Bevorzugt wird wegen hoher Übertragungsgenauigkeit und einfa cher Ausführung die Amplitudenmodulation der vom Taktgenerator abgeleiteten Wechselspannung. Die Genauigkeit der Signalüber tragung hängt wegen der gewählten Wandlung der analogen In formationssignale in einen Impulsabstand oder -länge nur von der zeitlich genauen Übertragung der Steuersignale und des Komparatorsignals ab.Is preferred because of high transmission accuracy and simple cher execution the amplitude modulation of the clock generator derived AC voltage. The accuracy of the signal carry depends on the chosen conversion of the analog In formation signals in a pulse interval or length only from the exact transmission of the control signals and the Comparator signal.

Embodiment

Die Erfindung soll anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Dabei zeigtThe invention is to be explained in more detail using two exemplary embodiments are explained. It shows

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Potentialtrennanordnung mit zweiseitiger Spannungsmodulation der Informa tionssignale, Fig. 1 is a potential-isolating arrangement according to the invention with two-sided voltage modulation of the informa tion signals,

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Potentialtrennanordnung mit Strommodulation zur Übertragung des Kompara torsignals. Fig. 2 shows a potential separation arrangement according to the invention with current modulation for transmission of the comparator gate signal.

In Fig. 1 und 2 ist bekannterweise ein Analogprozessor 1 ent halten, dem zur Umsetzung des analogen Eingangssignals U in einen Impulsabstand Steuersignale S zugeführt werden und der das Komparatorsignal K abgibt. Das in dem Zeitabstand zwischen einem Steuersignal S und dem Komparatorsignal K abgebildete analoge Informationssignal U wird der digitalen Verarbeitungs einheit 9 zugeführt. Die digitale Verarbeitungseinheit 9 zählt den Zeitabstand zwischen dem Steuersignal S und dem Komparatorsignal K mit den Impulsen des Taktgenerators 8 aus. Erfindungsgemäß ist in Fig. 1 ein Ausgang der digitalen Ver arbeitungseinheit 9 mit dem Eingang des ersten Modulators 6 und ein Eingang der digitalen Verarbeitungseinheit 9 mit dem Ausgang des zweiten Demodulators verbunden. Der Ausgang des ersten Modulators 6 und der Eingang des zweiten Demodula tors 7 sind an der energieaufnehmenden Seite des Trennüber tragers 5 parallel geschaltet. Der erste Modulator 6 über nimmt zusätzlich die Energieeinspeisung in den Trennüber trager 5.In Figs. 1 and 2 is known to be an analog processor 1 hold ent, which are supplied to the conversion of the analog input signal U into a pulse spacing control signals S and the outputs the comparator signal K. The analog information signal U shown in the time interval between a control signal S and the comparator signal K is supplied to the digital processing unit 9 . The digital processing unit 9 counts the time interval between the control signal S and the comparator signal K with the pulses of the clock generator 8 . According to the invention in Fig. 1, an output of the digital processing unit 9 is connected to the input of the first modulator 6 and an input of the digital processing unit 9 to the output of the second demodulator. The output of the first modulator 6 and the input of the second demodulator 7 are connected in parallel on the energy-absorbing side of the isolating transformer 5 . The first modulator 6 also takes over the energy feed into the isolating transformer 5 .

Parallel zur energieabgebenden Seite des Trennübertragers 5 ist der vom Komparatorsignal K des Analogprozessors 1 gesteu erte zweite Modulator 4 angeordnet. Die energieabgebende Seite des Trennübertragers 5 ist weiterhin über den ersten Demodu lator 3 mit den Steuereingängen des Analogprozessors 1 und über die Betriebsspannungsbereitstellung 2 mit dem Analog prozessor 1, dem ersten Demodulator 3 und dem zweiten Modu lator 4 verbunden. Die Betriebsspannungsbereitstellung 2 erzeugt aus der an der energieabgebenden Seite des Trenn übertragers 5 anliegenden Wechselspannung die zum Betrieb der angeschalteten Baugruppen erforderliche Betriebsspannung. Nach Umsetzen des analogen Informationssignals U in dem nach dem Dual-Slope-Verfahren arbeitenden Analogprozessor 1 wird der Komparatorimpuls K des Analogprozessors 1 im zweiten Mo dulator 4 auf die Wechselspannung des damit verbundenen Gene rators 12 moduliert und vom Trennübertrager 5 dem zweiten Demodulator 7 zugeführt. Der zweite Demodulator 7 gibt den Komparatorimpuls K an die digitale Verarbeitungseinheit 9 ab. The second modulator 4, which is controlled by the comparator signal K of the analog processor 1, is arranged parallel to the energy-emitting side of the isolating transformer 5 . The energy-delivering side of the isolating transformer 5 is further processor via the first Demodu lator 3 to the control inputs of the analog processor 1 and the operating voltage supply to the analog 2 1, the first demodulator 3 and the second modu lator 4 is connected. The operating voltage supply 2 generates the operating voltage required for the operation of the connected modules from the AC voltage present on the energy-emitting side of the isolating transformer 5 . After converting the analog information signal U in the analog processor 1 working according to the dual slope method, the comparator pulse K of the analog processor 1 in the second modulator 4 is modulated to the alternating voltage of the generator 12 connected to it and fed from the isolating transformer 5 to the second demodulator 7 . The second demodulator 7 outputs the comparator pulse K to the digital processing unit 9 .

Die digitale Verarbeitungseinheit 9 gibt die Steuersignale S an den ersten Modulator 6 ab. Dieser speist die vom Takt generator 8 gesteuerte Wechselspannung mit den aufmodulierten Steuersignalen in die energieaufnehmende Seite des Trenn übertragers 5 ein. Auf dessen energieabgebender Seite werden die Steuersignale S im ersten Demodulator 3 in eine vom Ana logprozessor 1 verarbeitbare Form umgesetzt.The digital processing unit 9 outputs the control signals S to the first modulator 6 . This feeds the AC voltage controlled by the clock generator 8 with the modulated control signals into the energy-absorbing side of the isolating transformer 5 . On its energy-emitting side, the control signals S in the first demodulator 3 are converted into a form that can be processed by the log processor 1 .

In der Anordnung gemäß Fig. 2 wird zur Übertragung des Kompa ratorsignals K anstelle der Modulation der Wechselspannung des Generators 12 durch den zweiten Modulator 4 ein gesteuerter Schalter 10 eingesetzt.In the arrangement according to FIG. 2, a controlled switch 10 is used for the transmission of the comparator signal K instead of the modulation of the alternating voltage of the generator 12 by the second modulator 4 .

Der Schalter 10 erhöht mit seinem definierten Innenwiderstand den Stromfluß auf der energieabgebenden Seite und damit auch auf der energieaufnehmenden Seite des Trennübertragers 5.With its defined internal resistance, the switch 10 increases the current flow on the energy-emitting side and thus also on the energy-absorbing side of the isolating transformer 5 .

Anstelle des zweiten Demodulators 7 wandelt der in Reihe zur energieaufnehmenden Seite des Trennübertragers 5 geschaltete Stromindikator 11 das Komparatorsignal K in eine für die Ver arbeitung in der digitalen Verarbeitungseinheit 9 geeignete Form um. Instead of the second demodulator 7 , the current indicator 11 connected in series to the energy-absorbing side of the isolating transformer 5 converts the comparator signal K into a form suitable for processing in the digital processing unit 9 .

List of the reference numerals used
1 analog processor
2 Operating voltage supply
3 first demodulator
4 second modulator
5 isolating transformers
6 first modulator
7 second demodulator
8 clock generator
9 digital processing unit
10 controlled switches
11 current indicator
12 generator
U analog information signal
K comparator signal
S control signal

Claims

1. Arrangement for the two-sided electrically isolated transmission of information signals via an isolating transformer, wherein electrical energy is simultaneously transmitted in one direction using an alternating current controlled by a clock generator, with a digital processing unit for evaluating the transmitted information signal and for delivering control signals via the isolating transformer to an analog processor which converts the analog information signal into a pulse interval, length or code, characterized in that the digital processing unit ( 9 ) via a first modulator ( 6 ) and a second demodulator ( 7 ) connected in parallel with the energy-absorbing side of the magnetic isolating transformer ( 5 ) and its energy-emitting side via a parallel arrangement of an operating voltage supply ( 2 ), a first demodulator ( 3 ) and a second modulator ( 4 ) with the analog processor ( 1 ) is connected.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the second modulator 4 as a current-modulating controlled switch 10 and the second demodulator 7 as in series to the energy-absorbing side of the isolating transformer ( 5 ) arranged current indicator ( 11 ) are executed.