DE4117007C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 (US-PS 50 14 050).

Es kommt häufig vor, daß Peripheriegeräte von einer Zentraleinheit gesteuert werden, indem die Zentraleinheit über einen Bus Steuersignale aussendet, die von den Peripheriegeräten erkannt werden. Je nach Anwendungsfall liefern die Peripheriegeräte dann, wenn sie das Steuersignal erkannt haben, ihrerseits wieder Datensignale an die Zentraleinheit über den Bus zurück. Das von der Zentraleinheit ausgesendete Steuersignal kann von Adressensignalen begleitet sein, so daß die einzelnen Peripheriegeräte individuell mittels dieser Adresse angesprochen werden können. Die Zentraleinheit bewirkt zur Aussendung des Steuersignals eine Spannungspegeländerung am Bus, die in einer jedem Peripheriegerät vorgeschalteten Schnittstelleneinheit erkannt und als das Steuersignal interpretiert wird. Ein Anwendungsbeispiel eines solchen Systems ist die Fernablesung von Stromzählern, Gaszählern oder auch von Wärmemengenmessern an Heizkörpern in einem oder in mehre­ ren Gebäuden, die alle über einen einzigen Bus mit der Zen­ traleinheit in Verbindung stehen. In diesem Anwendungsfall ist der Bus sehr lang, so daß an ihm ein beträchtlicher Span­ nungsabfall auftritt. Wenn beispielsweise in diesem Anwen­ dungsfall von der Zentraleinheit an den Bus eine Spannung von 36 V angelegt wird, die bei Aussendung des Steuersignals auf 24 V abgesenkt wird, was bedeutet, daß das Steuersignal in Form einer Pegeländerung von 12 V vorliegt, dann kann es bei einem langen Bus vorkommen, daß bei den am Ende des Busses angeschlossenen Peripheriegeräten die Spannung am Bus nur noch 24 V beträgt. Die Pegeländerung von 12 V tritt auch bei diesen am Ende des Busses angeschlossenen Peripheriegeräten noch auf. Um die Pegeländerung zu erkennen, muß in den Peri­ pheriegeräten jedoch ein Schwellenwert fest vorgegeben sein, der als Vergleichsmaßstab mit der am Bus liegenden Spannung dient, und der im geschilderten Beispiel zwischen 36 V und 24 V liegen muß, damit immer dann, wenn die Zentraleinheit das Steuersignal in Form der Pegeländerung von 36 V auf 24 V aus­ sendet, an einem Punkt innerhalb des Bereichs von 12 V die Gleichheit der Bus-Spannung mit dem Schwellenwert festge­ stellt und somit das Steuersignal erkannt werden kann. Dieses Beispiel zeigt aber, daß bei den am Ende des Busses befindli­ chen Peripheriegeräten die im Ruhezustand am Bus vorhandene Spannung bereits unterhalb des eingestellten Schwellenwertes liegen kann, so daß es nicht mehr möglich ist, bei einer Pe­ geländerung von 12 V, die dann von 24 V auf 12 V führt, das Vorhandensein des Steuersignals anhand des Durchlaufens des Schwellenwerts zu erkennen. Um das Erkennen des Steuersignals auch noch bei diesen am Ende des Busses befindlichen Periphe­ riegeräten zu ermöglichen, müßte der Schwellenwert in diesen Peripheriegeräten wesentlichen tiefer gelegt werden, nämlich in den Bereich zwischen 24 V und 12 V. Eine solche individuelle Einstellung der Schwellenwerte in den einzelnen Peripheriegeräten ist aber äußerst unerwünscht, da die einzelnen Peripheriegeräte nämlich dann nicht mehr an beliebigen Stellen des Busses angebracht werden könnten, sondern je nach dem eingestellten Schwellenwert näher bei der Zentraleinheit oder weiter von dieser entfernt mit dem Bus verbunden werden müßten.

Aus der US 50 14 050 ist eine Schaltungsanordnung der eingangs angegebenen Art bekannt. In dieser bekannten Schaltungsanordnung ist das Speicherelement über einen Ladewiderstand an die am Bus vorhandene Spannung gelegt. Dies hat zur Folge, daß die Ladespannung am Speicherelement abhängig von der Spannung am Bus niedrigere oder höhere Werte hat. Wenn im Fall einer Signalaussendung durch die Zentraleinheit das ausgesendete Signal über mehrere Bits jeweils den Wert 0 hat, was bedeutet, daß der Spannungspegel um 12 V niedriger als für den Fall ist, daß Bits mit dem Wert 1 gesendet werden, geht die Ladespannung am Speicherelement auf einen niedrigen Wert zurück, so daß dann, wenn nach mehreren Bits mit dem Wert 0 wieder ein Bit mit dem Wert 1 kommt, ein Ladestrom in den Kondensator fließt, der dann zu einer Erhöhung der Ladespannung führt. Wenn am Bus eine größere Anzahl von Peripheriegeräten angeschlossen ist, erfolgt dieses Nachladen eines Speicherelements in allen Peripheriegeräten gleichzeitig, so daß über den Bus ein relativ hoher Strom fließt. Dieser Strom kann unter Umständen so groß werden, daß die Zentraleinheit fälschlicherweise annimmt, daß ein Peripheriegerät ein Nutzsignal ausgesandt hat. Es ist nämlich üblich, die von den Peripheriegeräten zur Zentraleinheit zurückgesendeten Nutzsignale in Form von Stromimpulsen zu senden. Gerade dann, wenn viele Peripheriegeräte angeschlossen sind, kann es bei Anwendung der bekannten Schaltung zu dem Problem kommen, daß der erwähnte Nachladestrom so groß wird, daß er nicht von einem Nutzsignal unterschieden werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs angegebenen Art zu schaffen, die es ermöglicht, auch bei einem langen Bus, an dem ein nicht unerheblicher Spannungsabfall auftritt, das Erkennen der von der zentralen Einheit ausgesendeten Steuersignale an allen Stellen längs des Busses ohne individuelle Beeinflussung der angeschlossenen Peripheriegeräte zu ermöglichen, ohne daß dadurch eine Beträchtigung der Nutzsignalerkennung durch die Zentraleinheit infolge hoher Ladeströme in den Peripheriegeräten auftritt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

In der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird der um eine vorgegebene Differenz verminderte, am Ort des Peripheriegeräts jeweils vorhandene Spannungspegel am Bus in einem Speicherelement gespeichert, und im Falle einer Pegeländerung, die auf ein von der Zentraleinheit ausgesendetes Steuersignal zurückzuführen ist, wird der gespeicherte Wert als Vergleichsschwelle genommen und mit dem sich ändernden Spannungspegel verglichen. Auf diese Weise steht an jedem Peripheriegerät ein Vergleichsschwellenwert zur Verfügung, der bei der von der Zentraleinheit herbeigeführten Pegeländerung mit Sicherheit durchlaufen wird, so daß das Vorhandensein des Steuersignals bei Gleichheit der Spannung im Speicherelement und des Spannungspegels am Bus erkannt werden kann. Damit der zur Aufladung des Speicherelements notwendige Strom nicht zu einer sich ändernden Belastung des Busses führt, die von der Zentraleinheit als Antwortsignal von den Peripheriegeräten aufgefaßt werden könnte, wird das Speicherelement über einen Konstantstromregler mit dem im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebenen besonderen Aufbau aufgeladen und im geladenen Zustand gehalten, wodurch die Strombelastung des Busses durch das Peripheriegerät stets den gleichen Wert hat und keinen Anlaß zu Fehlinterpretationen geben kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung beispielshalber erläutert, deren einzige Figur ein vereinfachtes Schaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zeigt.

Die in der Zeichnung dargestellte Schaltungsanordnung wirkt als Schnittstelle für ein Peripheriegerät, das von einer nicht dargestellten Zentraleinheit über einen Bus 10 gesteu­ ert werden kann. Die Schaltungsanordnung enthält einen Kompa­ rator 12, der den am Bus 10 vorhandenen Spannungspegel mit einer an einem als Speicherelement wirkenden Kondensator C anliegenden Spannung vergleicht und immer dann ein Ausgangs­ signal abgibt, wenn die verglichenen Werte gleich sind. Das die Gleichheit der verglichenen Werte anzeigende Ausgangssi­ gnal wird vom Komparator 12 am Ausgang 14 abgegeben und dem eigentlichen Peripheriegerät zugeführt, das in der Zeichnung nicht dargestellt ist.

Der Kondensator C wird über einen Schaltungsteil aufgeladen, der einen Konstantstromregler bildet. Dieser Schaltungsteil enthält einen ersten Stromspiegel 16 aus zwei PNP-Transisto­ ren T1 und T2, deren Basis- und Emitteranschlüsse jeweils miteinander verbunden sind, wobei außerdem die verbundenen Basisanschlüsse mit dem Kollektor des Transistors T1 verbun­ den sind. Ein solcher Stromspiegel hat bekanntlich die Eigen­ schaft, daß der durch ihn fließende Summenstrom I_s1 gleich der Summe der die einzelnen Transistoren T1 und T2 durchflie­ ßenden Ströme I_i1 und I_o1 ist, wobei außerdem gilt, daß der Ausgangsstrom I_o1 dem Eingangsstrom I_i1 proportional ist.

Ein zweiter Stromspiegel 18 liefert den Summenstrom I_s1 für den Stromspiegel 16, wobei dieser Summenstrom gleichzeitig der Eingangsstrom I_i2 des Stromspiegels 18 ist. Der Ausgangs­ strom I_o2 des Stromspiegels 18 fließt über einen Widerstand R zur Masseleitung 20. Der Widerstand R ist auch an einem Ein­ gang 22 eines Differenzverstärkers 24 angeschlossen, so daß an diesem Eingang 22 jeweils der am Widerstand R auftretende Spannungsabfall anliegt, der vom Ausgangsstrom I_o2 des Strom­ spiegels 18 geliefert wird. Am anderen Eingang 26 des Diffe­ renzverstärkers 24 liegt eine Bezugsspannung U_ref.

Zu einem noch zu erläuternden Zweck ist in die Verbindungs­ leitung zwischen dem Kollektoranschluß des Transistors T2 und dem einen Eingang des Komparators 12 eine Zener-Diode D ein­ gefügt, und parallel zum Kondensator C liegt eine Konstant­ stromsenke, durch die ständig ein Entladestrom I_e nach Masse abfließt.

Die beschriebene Schaltungsanordnung hat die Eigenschaft, daß sie den Bus 10 mit einem konstanten Strom belastet, nämlich dem Summenstrom I_s2 des Stromspiegels 18. Dies gilt unabhän­ gig davon, ob der Kondensator C bereits aufgeladen ist oder ob er nachgeladen werden muß. Im einzelnen verhält sich die Schaltungsanordnung wie folgt:

Der Differenzverstärker 24 erzeugt an seinem Ausgang einen Strom I_i1, der der Differenz der Spannungen an seinem Eingang proportional ist. Wenn für die folgende Betrachtung angenom­ men wird, daß der Kondensator C aufgeladen ist und die Wir­ kung der Konstantstromquelle, die parallel zum Kondensator C liegt, vorläufig außer acht gelassen wird, fließt aus dem Stromspiegel 16 kein Ausgangsstrom I_o1. Dies bedeutet aber, daß der Summenstrom I_s1 des Stromspiegels 16 gleich dem Strom I_i1 ist. Der Summenstrom I_s1 ist aber gleichzeitig der Ein­ gangsstrom I_i2 des Stromspiegels 18, der, wie oben erläutert, den Ausgangsstrom I_o2 des Stromspiegels 18 bestimmt. Somit beeinflußt der Strom I_i1 den durch den Widerstand R fließen­ den Strom und damit auch den Spannungsabfall am Eingang 22 des Differenzverstärkers 24. Es liegt somit ein geschlossener Regelkreis vor, der zur Folge hat, daß der Differenzverstär­ ker 24 den Strom I_i1 immer auf einen solchen Wert ändert, daß die Spannungsdifferenz zwischen den Eingängen 22 und 26 auf Null verringert wird. In diesem Ruhezustand bei geladenem Kondensator C fließt somit ein bestimmter Summenstrom I_s2 in den Stromspiegel 18, mit dem der Bus 10 belastet wird. Dieser Strom wird von dem Konstantstromregler, dessen Kern der Dif­ ferenzverstärker 24 ist, unter allen Betriebsbedingungen auf einem konstanten Wert gehalten. Wenn sich der Kondensator C geringfügig entladen hat und wieder einen Ladestrom I_o1 auf­ nehmen kann, dann bewirkt der Differenzverstärker 24 eine Veränderung des Stroms I_i1 in der Weise, daß der Summenstrom I_s1 unverändert bleibt, da nur dann auch der den Spannungsab­ fall am Widerstand R hervorrufende Strom auf dem Wert I_o2 = U_ref/R gehalten wird, der notwendig ist, um die Spannungsdif­ ferenz zwischen den Eingängen 22 und 24 auf den Wert Null zu stellen. Somit bleibt unabhängig davon, ob der Kondensator einen Ladestrom aufnimmt oder nicht, der Wert des Stroms I_s1 und auch der Wert des Stroms I_s2 konstant.

In der beschriebenen Schaltung lädt sich der Kondensator C auf eine Spannung auf, die gleich dem Spannungspegel am Bus 10 vermindert um den Wert ΔU ist, der abgesehen von der Sättigungsspannung des Transistors T2 und der Basis-Emitter­ spannung des Transistors T4 gleich der Zener-Spannung der Diode D ist. Diese Zener-Diode D wird benutzt, um den Wert der Kondensatorladespannung gegenüber der Busspannung herab­ zusetzen, damit ein Schalt-Schwellenwert des Komparators 12 festgelegt wird, der von dem am Bus 10 normalerweise vorhan­ denen Spannungspegel verschieden ist.

Da unter normalen Betriebsbedingungen am Bus 10 Störspannun­ gen auftreten können, die dazu führen können, daß sich der Kondensator C auf Werte auflädt, die größer als die Nutz- Spannungspegel am Bus 10 sind, wird der Kondensator C mit Hilfe der zu ihm parallelgeschalteten Konstantstromquelle I_e ständig entladen. Der Entladestrom I_e ist gegenüber dem Lade­ strom I_o1 klein, so daß der Kondensator C jeweils nur mit einem geringen Strom nachgeladen wird.

In einem konkreten Anwendungsfall liegt am Bus eine Spannung von 36 V, und das am Ausgang 14 angeschlossene Peripheriege­ rät ist ein Wärmemengenmesser, der an einem Heizkörper in einem Gebäude angebracht ist. Durch Steuersignale, die von einer nicht dargestellten Zentraleinheit über den Bus über­ tragen werden, können die in dem am Ausgang 14 angeschlosse­ nen Wärmemengenmesser gespeicherten Daten abgefragt werden. Die Steuersignale werden in Form von Pegeländerungen von 36 V auf 24 V über den Bus übertragen. Abhängig vom Ort, an dem die beschriebene Schaltungsanordnung an den Bus 10 angeschlos­ sen ist, kann der Spannungspegel am Bus wegen des an ihm auf­ tretenden Spannungsabfalls auch Werte von 30 V oder sogar Werte von nur 24 V annehmen. In diesem Fall tritt das Steuer­ signal am Ort der Schaltungsanordnung dann als eine Pegelän­ derung von 24 V auf 12 V in Erscheinung.

Die Zener-Spannung der Diode beträgt etwa 6 V, so daß sich der Kondensator C auf eine Spannung auflädt, die um 6 V nied­ riger als die jeweils am Bus 10 anliegende Spannung auflädt. Die Konstantstromquelle 28 ist so eingestellt, daß sie eine Zwangsentladung mit einem Strom von etwa 1 µA bewirkt. Der den Bus 10 belasteten Summenstrom I_s2 beträgt etwa 30 µA, und die Bezugsspannung U_ref am Eingang 26 des Differenzverstär­ kers 24 beträgt etwa 1,25 V. Der Differenzverstärker 24 hält also den Strom I_o2 auf einem solchen Wert, daß der Spannungs­ abfall am Widerstand R ebenfalls 1,25 V beträgt.

Wenn die in der Zeichnung nicht dargestellte Zentraleinheit an den Bus ein Steuersignal in Form einer Spannungspegelände­ rung von 12 V anlegt, und wenn angenommen wird, daß sich die dargestellte Schaltungsanordnung an einer Stelle des Busses 10 befindet, an der aufgrund des Spannungsabfalls statt der ursprünglichen Ruhespannung von 34 V nur mehr eine Spannung von beispielsweise 30 V vorhanden ist, dann findet beim Auf­ treten des Steuersignals am Ort der Schaltungsanordnung eine Pegeländerung von 12 V, also von 30 V auf 18 V statt. Diese Pegeländerung wirkt sich unmittelbar auf den Eingang 30 des Komparators 12 aus. Am anderen Eingang 32 des Komparators 12 liegt die Ladespannung des Kondensators C, die sich, wie oben bereits erwähnt wurde, um die Zener-Spannung der Diode von der Spannung am Bus 10 unterscheidet, was bedeutet, daß die Ladespannung im oben geschilderten konkreten Beispiel 24 V beträgt. Bei der Änderung um 12 V, also von 30 V auf 18 V wird der Wert der Ladespannung von 24 V durchlaufen, so daß der Komparator 12 momentan die Gleichheit seiner Eingangs­ spannungen feststellen kann und ein entsprechendes Signal an seinem Ausgang 14 abgeben kann, an dem das eigentliche Peri­ pheriegerät angeschlossen ist. Dieses Verhalten zeigt die Schaltung unabhängig davon, an welcher Stelle sie mit dem Bus 10 verbunden ist, also unabhängig von der jeweils tatsächlich am Bus 10 vorhandenen Ruhespannung.

Die beschriebene Schaltungsanordnung eignet sich somit beson­ ders gut als Schnittstelle zwischen einem Bus und einem Peri­ pheriegerät, wenn ein sehr langer Bus verwendet wird, an den eine große Anzahl von Peripheriegeräten angeschlossen ist und an dem ein nicht unerheblicher Spannungsabfall auftritt, und wenn vermieden werden soll, daß der Bus mit sich ändernden Strömen belastet wird.

Claims (3)

1. Schaltungsanordnung zum Erkennen eines von einer Zentraleinheit über einen Bus in Form einer Pegeländerung zu einem Peripheriegerät übertragenen Steuersignals, mit einem Speicherelement, das auf einen Spannungspegel aufladbar ist, der um ΔU kleiner als der Spannungspegel am Bus ist, wobei ΔU kleiner als die von der Zentraleinheit als Steuersignal hervorgerufene Spannungspegeländerung ist, und einen Komparator, der den Spannungspegel am Bus mit dem Spannungspegel an dem Speicherelement vergleicht und ein das Auftreten des Steuersignals am Bus anzeigendes Signal abgibt, wenn er die Gleichheit der verglichenen Spannungspegel feststellt, dadurch gekennzeichnet, daß für das Aufladen des Speicherelements (C) eine von einem Konstantstromregler (24, 16) gebildete Ladeschaltung vorgesehen ist, daß der Konstantstromregler von einem Differenzverstärker (24) und einem ersten Stromspiegel (16) gebildet ist, wobei ein Eingang (26) des Differenzverstärkers (24) an eine Referenzspannung (U_ref) gelegt ist und der Ausgang des Differenzverstärkers (24) mit einem Eingang des Stromspiegels (16) verbunden ist, dessen Ausgang mit dem Speicherelement (C) in Verbindung steht, daß der Summeneingang des ersten Stromspiegels (16) mit dem Eingang eines weiteren Stromspiegels (18) verbunden ist, dessen Ausgang mit dem zweiten Eingang (22) des Differenzverstärkers (24) verbunden ist, an dem auch ein vom Ausgangsstrom dieses zweiten Stromspiegels (18) durchflossener Widerstand (R) angeschlossen ist, wobei der Summeneingang dieses zweiten Stromspiegels (18) mit dem Bus (10) verbunden ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die vom Ausgang des ersten Stromspiegels (16) zum Speicherelement (C) führende Leitung zur Festlegung der Spannungsdifferenz ΔU eine Zener-Diode (D) mit der Zener-Spannung ΔU eingefügt ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem Speicherelement (C) eine Konstantstromquelle (28) liegt, die das Speicherelement (C) mit einem vorgegebenen Entladestrom (I_e) dauernd entlädt.