DE4030782A1

DE4030782A1 - Optical interface for data handling devices - uses opto-electronic coupler with optical fibre link for galvanic separation

Info

Publication number: DE4030782A1
Application number: DE19904030782
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dipl Ing Fink; Frank Dipl Ing Moellmer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1990-09-28
Filing date: 1990-09-28
Publication date: 1992-04-02

Abstract

The optical interface (15) has an optoelectronic coupler (17, 18, 21, 22) inserted in the data lines between the data handling devices (1, 5) for providing galvanic separation. The optical transmission and reception elements within the optoelectronic couplers (17, 18, 21, 22) are coupled via at least one optical fibre link (19, 20), for suppressing noise signals. Pref. 2 optical transmitters (17, 22) and 2 optical receivers (19, 20) are coupled via respective optical fibre links (19, 20), to allow bidirectional data transmission. USE - For computer measuring system.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schnittstelle zwischen mindestens zwei Daten-abgebenden bzw. Daten-annehmenden Einrichtungen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to an interface between at least two data-giving or data-accepting facilities the preamble of claim 1.

Für die schnelle Kommunikation zwischen mindestens zwei Daten- abgebenden bzw. Daten-annehmenden Einrichtungen ist eine Schnitt stelle erforderlich.For fast communication between at least two data issuing or data-accepting facilities is a section place required.

Zur elektrischen Vermessung von irgendwelchen Gegenständen, bei spielsweise von Halbleiter-Bauelementen, ist es sinnvoll, alle negativen Einflußgrößen, also auch die von einem Computer verur sachten störenden Signale, von der Meßeinrichtung fern zu halten. Wenn ein Meßrechner Signale an eine Meßeinrichtung abgibt, können diese Signale zur Meßeinrichtung über einen Optokoppler zwischen Meßrechner und Meßeinrichtung geführt werden. Dadurch wird eine galvanische Trennung erzielt. Die Praxis zeigt jedoch, daß es durch die gemeinsame Führung der Meßrechner-Signale und der durch Optokoppler galvanisch isolierten Steuersignale auf einer Leiter platte und vor allem durch das Vorhandensein von Meßrechner- Signalen in der Meßeinrichtung zu einer deutlichen Beeinflussung der analogen Meßgrößen kommen kann.For the electrical measurement of any objects, at for example of semiconductor devices, it makes sense to all negative influencing factors, including those caused by a computer gentle disruptive signals to keep away from the measuring device. If a measuring computer sends signals to a measuring device, can these signals to the measuring device via an optocoupler between Measuring computer and measuring device are performed. This will make one galvanic isolation achieved. However, practice shows that it by jointly routing the measurement computer signals and the Optocoupler galvanically isolated control signals on a conductor plate and especially due to the presence of measuring computer Signals in the measuring device for a significant influence of the analog measurands can come.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schnittstelle der eingangs genannten Art anzugeben, die eine schnelle Kommunikation zwischen Daten-abgebenden bzw. Daten-an nehmenden Einrichtungen und gleichzeitig eine Unterdrückung von Störsignalen ermöglicht.The present invention has for its object a Interface of the type mentioned to specify the one fast communication between data-delivering and data-delivering institutions and at the same time a suppression of Interference signals enabled.

Diese Aufgabe wird durch eine Schnittstelle nach dem Patentan spruch 1 gelöst.This task is accomplished through an interface according to the patent spell 1 solved.

Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind in den Unteran sprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung angegeben.Embodiments and advantages of the invention are in the Unteran say, the description and the drawing.

Durch Verwendung einer Lichtleitfaser zwischen einem optischen Sender und einem optischen Empfänger ist die Koppelkapazität zwischen diesem optischen Sender und diesem optischen Empfänger minimiert.By using an optical fiber between an optical The transmitter and an optical receiver is the coupling capacity between this optical transmitter and this optical receiver minimized.

Durch die Aufteilung von optoelektronischen Einrichtungen in räumlich getrennte Gehäuse bzw. auf räumlich voneinander ge trennte Steckkarten bzw. Einschübe bleiben Störsignale und elektromagnetische Störstrahlung auf diejenige Daten-abgebende bzw. Daten-annehmende Einrichtung beschränkt, die diese Stör signale bzw. diese elektromagnetische Störstrahlung verursacht.By dividing optoelectronic devices into spatially separate housing or on ge from each other separated plug-in cards or inserts remain interference signals and electromagnetic interference on that data-emitting or data-accepting device that limits this interference signals or this electromagnetic interference caused.

Die Erfindung ermöglicht eine größere Entfernung zwischen Stör quelle und anderen Daten-abgebenden bzw. Daten-annehmenden Ein richtungen. Infolge dieser größeren Entfernung zwischen Stör quelle und anderen Einrichtungen und möglicherweise größeren Entfernungen zwischen voneinander getrennten Leiterplatten und Spannungsversorgungen erfolgt keine Störbeeinflussung durch die die Störung verursachende Einrichtung.The invention enables a greater distance between sturgeon source and other data-giving or data-accepting input directions. As a result of this greater distance between sturgeon source and other facilities, and possibly larger ones Distances between separate printed circuit boards and Power supplies are not affected by interference device causing the malfunction.

Die Datenrichtung kann bei jedem Übertragungskanal bidirektional ausgelegt sein.The data direction can be bidirectional for each transmission channel be designed.

Die Erfindung eignet sich vorteilhafterweise für empfindliche Meßschaltungen, die beispielsweise mit diskreten Bauteilen auf gebaut sind und eine störarme digitale Ansteuerung, z. B. für Relais über einen Rechner benötigen.The invention is advantageously suitable for sensitive Measuring circuits based on, for example, discrete components are built and a low-interference digital control, e.g. B. for Need relays via a computer.

Für die Erfindung eignet sich insbesondere ein Rechner von Hewlett-Packard mit einem GPIO (General Purpose Input-Output)- Interface. In der Regel arbeitet ein GPIO-Interface bidirektional. Bei Verwendung eines optischen Interface müssen für einen bidi rektional betriebenen Übertragungskanal zwei Übertragungsstrecken mit je einem optischen Sender und optischen Empfänger vorhanden sein. A computer from is particularly suitable for the invention Hewlett-Packard with a GPIO (General Purpose Input-Output) - Interface. As a rule, a GPIO interface works bidirectionally. When using an optical interface for a bidi rectionally operated transmission channel two transmission paths with one optical transmitter and one optical receiver available be.

Vorteilhafterweise ist eine GPIO-Einrichtung und die zugehörige optische Sender-/Empfangseinheit auf einer Platine zusammenge faßt.A GPIO device and the associated one are advantageous optical transmitter / receiver unit put together on a circuit board sums up.

Für die schnelle Kommunikation von mehreren Computern, beispiels weise Personalcomputern, ist eine optische Parallelschnittstelle vorteilhaft.For fast communication from multiple computers, for example wise personal computers, is an optical parallel interface advantageous.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher er läutert.The invention is based on the drawing he he purifies.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur elektrischen Vermessung von Gegenständen nach dem Stand der Technik. Fig. 1 shows a device for the electrical measurement of objects according to the prior art.

Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung zur Vermessung von Gegenständen mit einer Schnittstelle nach der Erfindung. Fig. 2 shows an apparatus for measuring objects with an interface according to the invention.

Fig. 3 und 4 zeigen schematisch die Verwendung von Schnittstellen nach der Erfindung. FIGS. 3 and 4 schematically show the use of interfaces according to the invention.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Vermessung von Halbleiter-Bau elementen 8. Bei der elektrischen Vermessung eines Halbleiter- Bauelements 8 ist es sinnvoll, alle negativen Einflußgrößen, also auch die "Störquelle" Computer 1 von der Meßeinrichtung gal vanisch zu trennen. Die Meßeinrichtung umfaßt dabei eine Meß fassung 5 mit einem Meßstellenumschalter und mit einer Einrich tung zur Aufnahme der analogen Meßsignale, ein Meßgerät 7 und eine Netzversorgung 6 mit einer Netzversorgung 9 für den Opto koppler 12, einer Netzversorgung 10 für die digitale Steuerung und einer Netzversorgung 11 für die analogen Meßgrößen. Der Meß rechner 1 umfaßt eine Zentraleinheit 2, eine Schnittstellen- Einrichtung 3 (Centronics, IEC, RS 232) und eine GPIO (General Purpose Input-Output) -Einrichtung 4. Bei einer Vorrichtung nach Fig. 1 werden die für die Meßstellenumschaltung erforderlichen Computersignale (GPIO-Signale) über einen Optokoppler 12 gal vanisch von der Meßfassung 5 getrennt. Die Praxis zeigt, daß es durch die gemeinsame Führung der Rechner-GPIO-Signale und den durch den Optokoppler 12 galvanisch isolierten Steuersignalen auf einer Leiterplatte und vor allem durch das Vorhandensein von GPIO-Signalen in der Meßfassung 5 zu einer deutlichen Beein flussung der analogen Meßgrößen kommen kann. Zwischen Meßrechner 1 und Meßfassung 5 werden Daten über Leitungen 14 (Datenbus) übertragen. Gleichzeitig werden auch Störsignale 13 aus dem Meß rechner 1 in die Meßfassung 5 hinein auch über den Optokoppler 12 hinweg übertragen. Dadurch werden die analogen Meßgrößen negativ beeinflußt. Fig. 1 shows an apparatus for measuring semiconductor construction elements 8th In the electrical measurement of a semiconductor component 8 , it makes sense to galvanically separate all negative influencing variables, including the “interference source” computer 1 from the measuring device. The measuring device comprises a measuring socket 5 with a measuring point switch and with a device for receiving the analog measurement signals, a measuring device 7 and a mains supply 6 with a mains supply 9 for the opto-coupler 12 , a mains supply 10 for the digital control and a mains supply 11 for the analog measurands. The measuring computer 1 comprises a central unit 2 , an interface device 3 (Centronics, IEC, RS 232) and a GPIO (General Purpose Input-Output) device 4 . In a device according to FIG. 1, the computer signals (GPIO signals) required for the measuring point switchover are galvanically separated from the measuring socket 5 via an optocoupler 12 . Practice shows that the common routing of the computer GPIO signals and the control signals galvanically isolated by the optocoupler 12 on a printed circuit board and, above all, the presence of GPIO signals in the measurement socket 5 lead to a significant influence on the analog measured variables can come. Data is transmitted via lines 14 (data bus) between measuring computer 1 and measuring socket 5 . At the same time, interference signals 13 are also transferred from the measuring computer 1 into the measuring socket 5, also via the optocoupler 12 . This has a negative influence on the analog measured variables.

Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung mit einer Schnittstelle 15 zur elek trischen Vermessung eines Halbleiter-Bauelements 8. In Fig. 2 wurde die jeweilige Sendeseite der optoelektronischen Koppel einrichtung von der jeweiligen Empfängerseite der optoelektro nischen Koppeleinrichtung räumlich getrennt. Dadurch wurde die Koppelkapazität minimiert. Durch die Aufteilung der optoelek tronischen Koppeleinrichtungen 17, 18 und 21, 22 in zwei getrennte Gehäuse 5, 15 bzw. in zwei getrennte Einrichtungen (Steckkarte, Einschub, Gehäuse) 5, 15 bleiben Störsignale 13 und elektromag netische Störstrahlung auf die GPIO-Seite der Vorrichtung nach Fig. 2 beschränkt. Durch die Verwendung von Lichtleitfasern 19, 20 zwischen der Schnittstelle 15 und der Meßfassung 5 wird ein Übertragen der Störsignale 13 auf die Meßfassung 5 verhindert. Fig. 2 shows a device with an interface 15 for elec trical measurement of a semiconductor device 8th In Fig. 2, the respective transmission side of the optoelectronic coupling device was spatially separated from the respective receiver side of the optoelectronic coupling device. This minimized the coupling capacity. By dividing the optoelectronic coupling devices 17 , 18 and 21 , 22 in two separate housings 5 , 15 or in two separate devices (plug-in card, insert, housing) 5 , 15 , interference signals 13 and electromagnetic interference radiation remain on the GPIO side of the device according to Fig. 2 restricted. Through the use of optical fibers 19, 20 between the interface 15 and the test fixture 5 transmitting the interference signals is prevented in the test fixture 13. 5

Die GPIO-Einrichtung 4 liefert ihre digitalen Signale über die Leitungen 14 an einen optischen Sender 17 innerhalb der Schnitt stelle 15, vorzugsweise an eine LEO (Light Emitting Diode), die eine Anschlußmöglichkeit für eine Kunststoff-Faser 20 aufweist. Diese Sendeinheit 17 bleibt weiterhin von Störsignalen 13 be einflußt. Über die Kunststoff-Faser 20 werden die optischen Digitalsignale in die Meßfassung 5 eingekoppelt und dort über optische Detektoren 21 wieder in elektrische Steuersignale über führt. Die optischen Detektoren 21 können wiederum Anschlußmög lichkeiten für die Kunststoff-Fasern 20 aufweisen. Die Kunst stoff-Fasern 20 können eine Länge von einem Meter aufweisen. Die Kunststoff-Fasern 19, 20 können ein Faserbündel repräsentieren. The GPIO device 4 supplies its digital signals via the lines 14 to an optical transmitter 17 within the interface 15 , preferably to a LEO (Light Emitting Diode), which has a connection option for a plastic fiber 20 . This transmitter unit 17 continues to be influenced by interference signals 13 be. Via the plastic fiber 20 , the optical digital signals are coupled into the measurement socket 5 and there again via optical detectors 21 into electrical control signals. The optical detectors 21 can in turn have connection possibilities for the plastic fibers 20 . The plastic fibers 20 can have a length of one meter. The plastic fibers 19 , 20 can represent a fiber bundle.

In Folge der großen Entfernung zwischen Störquelle und Meßein richtung und in Folge von voneinander getrennten Leiterplatten 5, 15 und Spannungsversorungen 6, 16 erfolgt keine Störbeein flussung der Meßfassung 5 durch den Meßrechner 1. Die Datenrich tung kann bidirektional ausgelegt sein.As a result of the large distance between the source of interference and the measuring device and as a result of separate circuit boards 5 , 15 and voltage supplies 6 , 16 , the measuring socket 5 is not influenced by the measuring computer 1 . The data direction can be designed bidirectionally.

Gewöhnlich arbeitet ein GPIO-Interface 4 bidirektional. Bei Ver wendung einer optischen Schnittstelle (Interface) 15 müssen für einen Übertragungskanal jeweils zwei Übertragungsstrecken mit je einem optischen Sender und je einem optischen Empfänger vorhan den sein. Die Meßstellenumschaltung kann dann weiterhin software mäßig erfolgen.Usually a GPIO interface 4 works bidirectionally. When using an optical interface (interface) 15 , two transmission links, each with an optical transmitter and an optical receiver, must be present for a transmission channel. The measuring point switchover can then continue to be done in software.

Für eine Vorrichtung nach Fig. 2 haben sich als optische Sender LED′s (Siemens-Bauelemente Typ: SFH 752 V) und für die optischen Detektoren Siemens-Bauelemente Typ: SFH 551 V mit einer Klem mung für Kunststoff-Fasern bewährt. Diese Siemens-Bauelemente sind für Printmontage ausgelegt.For a device according to FIG. 2, LED's (Siemens components type: SFH 752 V) and for the optical detectors Siemens components type: SFH 551 V with a clamp for plastic fibers have proven themselves as optical transmitters. These Siemens components are designed for PCB assembly.

Das GPIO-Interface 4 kann mit der optischen Schnittstelle 15 auf einer einzigen Einrichtung (Platine) zusammengefaßt werden. Damit läßt sich eine kompakte Möglichkeit zur optischen Über tragung von Steuersignalen finden.The GPIO interface 4 can be combined with the optical interface 15 on a single device (circuit board). This makes it possible to find a compact option for the optical transmission of control signals.

In Fig. 2 besitzt die optische Schnittstelle 15 ein eigenes Netz teil 16. Die optische Schnittstelle 15 läßt sich jedoch auch über den Meßrechner 1 mit Spannung versorgen. Die Meßfassung 5 und die optische Schnittstelle 15 werden jedoch von verschiedenen Spannungsquellen mit Spannung versorgt.In FIG. 2, the optical interface 15 in part 16 has its own network. However, the optical interface 15 can also be supplied with voltage via the measuring computer 1 . However, the measuring socket 5 and the optical interface 15 are supplied with voltage by various voltage sources.

Fig. 3 und 4 zeigen schematisch Vorrichtungen für die schnelle Kommunikation von mehreren Daten-abgebenden bzw. Daten-annehmen den Einrichtungen über eine optisch Parallelschnittstelle 23 bzw. über optische Parallelschnittstellen-Einrichtungen 32, 33, 34. In Fig. 3 werden beispielsweise Rechner 24, 25, 26 über eine optische Schnittstelle 23 untereinander sowie mit Meßeinrich tungen 27, 28 verbunden. FIGS. 3 and 4 schematically show devices for fast communication of multiple data-emitting and data-adopt the devices via a parallel optical interface 23 or through optical parallel interface means 32, 33, 34. In Fig. 3, for example, computers 24 , 25 , 26 are connected to one another and to measuring devices 27 , 28 via an optical interface 23 .

In Fig. 4 sind drei Rechner 29, 30, 31 über ihre optischen Schnittstellen 32, 33, 34 miteinander parallel verbunden.In FIG. 4, three computers 29, 30, 31 about their optical interfaces 32, 33, 34 connected in parallel.

Die optische Parallelschnittstelle 23 in Fig. 3 entspricht prak tisch einer Schnittstelle 15 in Fig. 2. Die Parallelschnitt stellen 32, 33, 34 in Fig. 4 sind jeweils zusammengefaßt aus be kannten Input-Output-Elementen und optoelektronischen Einrich tungen entsprechend dem optischen Sender 17 und dem optischen Empfänger 18 in Fig. 2.The optical parallel interface 23 in Fig. 3 corresponds practically an interface 15 in Fig. 2. The parallel interfaces 32 , 33 , 34 in Fig. 4 are each summarized from known input-output elements and optoelectronic Einrich lines corresponding to the optical transmitter 17 and the optical receiver 18 in FIG. 2.

Da bei einer optischen Schnittstelle für jeden Übertragungskanal zwei Übertragungsstrecken erforderlich sind, benötigt man in Analogie zu einer Centronics-Schnittstelle 16 Datenleitungen und sechs Handshaking-Leitungen.Since two transmission links are required for each transmission channel with an optical interface, 16 data lines and six handshaking lines are required in analogy to a Centronics interface.

Ein optisches Interface ermöglicht eine schnelle Datenübertra gung auch parallel über weite Entfernungen.An optical interface enables fast data transfer also parallel over long distances.

Ein optisches Interface kann aus einer Steckkarte für einen Steckbus bestehen, wobei auf die Steckkarte 11 optische Sender bauelemente aufgebracht sind. In diese Senderbauelemente können optische Fasern (Kunststoff-Faser, Glasfasern) eingesteckt und festgeschraubt sein. Mit Hilfe einer Huckepack-Platine können 11 optische Empfänger-Bauelemente auf der Steckplatine befestigt sein. Dabei können PIO-8255-Input/Output-Bausteine verwendet werden. Mit Hilfe eines GPIO-Interface kann eine Centronics- Schnittstelle imitiert werden.An optical interface can consist of a plug-in card for a plug-in bus, 11 optical transmitter components being applied to the plug-in card. Optical fibers (plastic fiber, glass fibers) can be inserted and screwed into these transmitter components. With the help of a piggyback board, 11 optical receiver components can be attached to the breadboard. PIO-8255 input / output modules can be used. A Centronics interface can be imitated using a GPIO interface.

Optische Sendeeinrichtungen sind optiche Empfangseinrichtungen, die über Lichtleitfasern miteinander verbunden sind, können auch auf der gleichen Einrichtung (Gehäuse, Steckkarte, Platine) angeordnet sein.Optical transmitters are optical receivers, which are connected to each other via optical fibers also on the same device (housing, plug-in card, circuit board) be arranged.

Claims

1. Interface ( 15 ) between at least two data-emitting or data-receiving devices ( 1 , 5 ), in which data lines are galvanically separated from one another with the aid of at least one optoelectronic coupling device ( 17 , 18 , 21 , 22 ), characterized in that for suppressing interference signals ( 13 ) the optical transmitter ( 17 , 22 ) and the optical receiver ( 18 , 21 ) of at least one optoelectronic coupling device via at least one optical fiber ( 19 , 20 ) are interconnected and for different power supplies ( 6 , 16 ) are easily seen.

2. Interface according to claim 1, characterized in that at least one optical transmitter ( 17 , 22 ) and at least one optical receiver ( 18 , 21 ) on spatially separate Einrich lines ( 5 , 15 ) are housed.

3. Interface according to claim 1 or 2, characterized in that for a bidirectionally operated transmission channel two optical transmission links ( 19 , 20 ), each with an optical transmitter ( 17 , 22 ) and optical receiver ( 18 , 21 ) are available.

4. Interface according to one of claims 1 to 3, characterized by a plastic fiber as an optical fiber.

5. Interface according to one of claims 1 to 4 as an optical parallel interface for fast communication between a plurality of computers ( 24 , 25 , 26 or 29 , 30 , 31 ).

6. Interface according to one of claims 1 to 5 as an optical interface ( 15 ) between at least one measuring computer ( 1 ) and at least one measuring device ( 5 ).

7. Plug-in card for an interface according to one of claims 1 to 6, characterized by at least one optical transmitter ( 17 ) and at least one optical receiver ( 18 ) for a bidirectionally operated transmission channel ( 14 , 19 , 20 ).

8. Plug-in card according to claim 7, characterized by an integration of an input / output device ( 4 ) of a computer ( 1 ) on this plug-in card.