-
Die
Erfindung betrifft eine Schnittstelle zur digitalen Kommunikation,
umfassend:
- – Signalanschlüsse zur
Verbindung mit einer Quelle, die eine Busspannung bereitstellt,
- – ein
Schaltelement, das zwischen den Signalanschlüssen gekoppelt ist,
- – einen
Steuerkreis zum Schalten des leitenden Zustands des Schaltelements,
umfassend
– Versorgungsspannungsanschlüsse,
– Mittel
zum Erzeugen einer Versorgungsspannung zwischen den Versorgungsspannungsanschlüssen,
– eine Reihenanordnung,
die einen Lichtsensor zum Empfangen von digitalen Lichtsignalen
und eine Impedanz, die zwischen den Versorgungsspannungsanschlüssen gekoppelt
ist, umfasst,
– einen
Ausgangsanschluss, der an die Reihenanordnung und an eine Steuerelektrode
des Schaltelements gekoppelt ist.
-
Eine
solche Schnittstelle ist aus einem Digitalschnittstellensystem bekannt,
das als digital adressierbare Beleuchtungsschnittstelle (Digital
Adressable Lighting Interface, DALI) bekannt ist. Eine solche Schnittstelle
ist aus
US 4 197 471 bekannt.
In der bekannten Schnittstelle werden das Schaltelement und der
Steuerkreis dazu verwendet, Signale von einem Slave zu einem Master
zu senden. Der Slave ist mit einer Leuchtdiode ausgerüstet, die
Lichtsignale überträgt. Diese
Lichtsignale werden von einem Lichtsensor erfasst, der eine Optoisolatorausgangsstufe
bildet und zusammen mit der Leuchtdiode einen Optokoppler bildet.
Der Optokoppler fungiert als ein Optoisolator. Wenn er Licht erfasst,
wird der Lichtsensor leitend und ein Strom fließt durch die Reihenanordnung,
die in dem Steuerkreis enthalten ist, so dass eine Spannung an der
Impedanz anliegt, die Teil der Reihenanordnung ist. In der bekannten
Schnittstelle ist diese Impedanz ein ohmscher Widerstand. Wenn er
kein Licht erfasst, wird der Lichtsensor nichtleitend, so dass der
Strom durch die Reihenanordnung und die Spannung an der Impedanz
beide auf null abfallen. In der bekannten Schnittstelle liegt die
Spannung an der Impedanz auch an der Steuerelektrode des Schaltelements
vor. Infolgedessen wird das Schaltelement leitend gemacht, wenn
der Lichtsensor leitend ist, so dass das Schaltelement einen Kurzschluss
zwischen den Signalanschlüssen
bildet. Die Quelle, die die Busspannung bereitstellt, ist so konstruiert,
dass sie die Busspannung zwischen den Signalanschlüssen nur
aufrechterhalten kann, wenn der Strom durch die Signalanschlüsse unterhalb
eines vorherbestimmten Werts liegt. Aufgrund des Kurzschlusses ist
der Strom durch die Signalanschlüsse
tatsächlich
höher als
der vorherbestimmte Wert, was bewirkt, dass die Spannung zwischen
den Signalanschlüssen
im Wesentlichen gleich null wird. Wenn der Lichtsensor nichtleitend
ist, wird das Schaltelement ebenfalls nichtleitend gemacht, so dass
die Spannung zwischen den Signalanschlüssen gleich der Busspannung
ist.
-
Die
bekannte Schnittstelle hat mehrere schwerwiegende Nachteile. Zunächst einmal
bedingt der DALI-Standard, dass die Anstiegflanke und die Abfallflanke
eines DALI-Signals langer als 10 Mikrosekunden sein muss (um elektromagnetische
Störstrahlung
(EMI)zu reduzieren), jedoch nicht 100 Mikrosekunden übersteigen
darf. Anders ausgedrückt, im
Fall einer typischen Busspannung von 16 Volt darf die Steigung der
Anstiegflanke und der Abfallflanke des Signals, das von dem Schaltelement
erzeugt wird und zwischen den Signalanschlüssen vorliegt, 1,6 MV/s nicht übersteigen.
Praktische Ausführungsformen
der bekannten Schnittstelle erfüllen
diese Anforderung nur im Fall einer hohen kapazitiven Last, jedoch
nicht unter den meisten praktischen Bedingungen.
-
Die
Erfindung zielt darauf ab, eine einfache Schnittstelle zur digitalen
Kommunikation bereitzustellen, die eine verhältnismäßig geringe Menge an EMI verursacht.
-
Eine
wie eingangs erwähnte
Schnittstelle ist somit erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass
die Schnittstelle weiterhin mit einer ersten Schaltung, die einen
Kondensator umfasst und zwischen der Steuerelektrode und einem Signalanschluss
gekoppelt ist, und einer zweiten Schaltung, die einen ohmschen Widerstand
umfasst und zwischen dem Ausgangsanschluss des Steuerkreises und
der Steuerelektrode des Schaltelements gekoppelt ist, ausgerüstet ist.
-
Es
wurde festgestellt, dass, aufgrund des Vorliegens der ersten Schaltung
und der zweiten Schaltung in einer Schnittstelle gemäß der vorliegenden
Erfindung, eine Schnittstelle gemäß der vorliegenden Erfindung
nur eine verhältnismäßig geringe Menge
an EMI verursacht.
-
Gute
Resultate wurden für
Ausführungsformen
einer Schnittstelle gemäß der vorliegenden
Erfindung erhalten, in denen die Impedanz, die in dem Steuerkreis
enthalten ist, einen ohmschen Widerstand umfasst.
-
Abgesehen
von den Anstieg- und Abfallflanken in dem Signal, das zwischen den
Signalanschlüssen
vorliegt und von dem Schaltelement erzeugt wird, die zu steil sind,
leidet die bekannte Schnittstelle unter einem weiteren Nachteil,
wobei es sich um die Tatsache handelt, dass die Zeitverzögerung der
Anstiegflanke, wenn das Schaltelement abgeschaltet ist, sich erheblich
von der Zeitverzögerung der
Abfallflanke, wenn das Schaltelement eingeschaltet ist, unterscheidet.
Dieser Unterschied verursacht eine Störung des „Hoch/Niedrig-Verhältnisses" des Signals, das
von dem Schaltelement erzeugt wird. Da der DALI-Standard fordert,
dass das „Hoch/Niedrig-Verhältnis" ungefähr gleich
1 ist, kann eine Störung
dieses Verhältnisses
zu einer Fehlinterpretation des Signals durch den empfangenden Master
führen.
Um den Unterschied bei den Zeitverzögerungen einer Anstiegflanke
bzw. einer Abfallflanke zu überwinden,
umfasst die Impedanz, die in dem Steuerkreis enthalten ist, vorzugsweise
eine Parallelanordnung eines ohmschen Widerstands und einer Zenerdiode.
Es wurde festgestellt, dass der Unterschied bei den Zeitverzögerungen
minimiert werden kann, wenn die Zenerspannung Vz der Zenerdiode so
gewählt
wird, dass 1,6*Vt < Vz < 2,4*Vt, vorzugsweise
so, dass 1,8*Vt < Vz < 2,2*Vt, wobei Vt
die Schwellenspannung des Schaltelements ist.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Schnittstelle
umfassen die Mittel zum Erzeugen einer Versorgungsspannung unidirektionale
Mittel und Pufferkondensator-Mittel. Folglich werden die Mittel
zum Erzeugen einer Versorgungsspannung in einer sehr einfachen und
betriebssicheren Art und Weise realisiert.
-
Eine
Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Schnittstelle
ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigt::
-
1 eine
Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Schnittstelle.
-
In 1 sind
K1 und K2 Signalanschlüsse, zwischen
denen im Betrieb eine Busspannung anliegt. Die Signalanschlüsse K1 und
K2 sind mittels eines Schaltelements T1 verbunden. Das Schaltelement
T1 ist mit einer Reihenanordnung bestehend aus einer Diode D1 und
einem Kondensator C2 parallel geschaltet. In dieser Ausführungsform
bildet die Diode D1 unidirektionale Mittel und der Kondensator C2
bildet Pufferkondensator-Mittel.
Die Diode D1 und der Kondensator C2 bilden zusammen Mittel zum Erzeugen
einer Versorgungsspannung. Eine erste Seite des Kondensators C2
ist mit einem Versorgungsspannungsanschluss K3 verbunden. Eine zweite
Seite des Kondensators C2 ist mit einem Versorgungsspannungsanschluss
K4 verbunden. Der Kondensator C2 ist mit einer Reihenanordnung bestehend
aus einem Lichtsensor T2 und einem ohmschen Widerstand R3 parallel
geschaltet. Der ohmsche Widerstand R3 ist mit einer Zenerdiode D2
parallel geschaltet. Die Zenerspannung der Zenerdiode wird so gewählt, dass
sie im Wesentlichen gleich dem Doppelten der Schwellenspannung des
Schaltelements T1 ist. Ein gemeinsamer Anschluss von ohmschen Widerstand
R3, Zenerdiode D2 und Lichtsensor T2 bildet einen Ausgangsanschluss
K5. Die Versorgungsspannungsanschlüsse K3 und K4, die Diode D1
und der Kondensator C2, der Lichtsensor T2, der ohmsche Widerstand
R3, die Zenerdiode D2 und der Ausgangsanschluss K5 bilden zusammen
einen Steuerkreis zum Steuern des leitenden Zustands des Schaltelements
T1. Die Parallelanordnung des ohmschen Widerstands R3 und der Zenerdiode
D2 bildet eine Impedanz, die in dem Steuerkreis enthalten ist. Der
Ausgangsanschluss K5 ist über
einen ohmschen Widerstand R1 mit einer Steuerelektrode des Schaltelements
T1 verbunden. In dieser Ausführungsform bildet
der ohmsche Widerstand R1 eine zweite Schaltung, die zwischen dem
Ausgangsanschluss des Steuerkreises und der Steuerelektrode des
Schaltelements T1 gekoppelt ist. Die Steuerelektrode des Schaltelements
T1 ist über
eines Kondensators C1 mit dem Signalanschluss K1 verbunden. In dieser Ausführungsform
bildet der Kondensator C1 eine erste Schaltung, die zwischen der
Steuerelektrode und einem Signalanschluss gekoppelt ist.
-
Der
Betrieb der in 1 gezeigten Schnittstelle ist
wie folgt.
-
Wenn
die Signalanschlüsse
K1 und K2 mit einer Quelle verbunden werden, die eine Busspannung
bereitstellt, lädt
die Busspannung, die zwischen den Signalanschlüssen anliegt, wenn die Schnittstelle
im Gebrauch ist, den Kondensator C2 auf eine Spannung auf, die im
Wesentlichen gleich der Busspannung ist. Wenn die in 1 gezeigte
Schnittstelle mit einem Slave verbunden wird, der mit einer Leuchtdiode
ausgerüstet
ist, die Lichtsignale überträgt, machen
diese Lichtsignale den Lichtsensor T2, der in dem Steuerkreis enthalten
ist, abwechselnd leitend und nichtleitend. Wenn der Lichtsensor
T2 leitend ist, bewirkt die Spannung am Kondensator C2, dass ein
Strom durch den Lichtsensor T2 und den ohmschen Widerstand R3 fließt. Die
Spannung am ohmschen Widerstand R3 macht das Schaltelement T1 leitend.
Das Schaltelement T1 wird kurzgeschlossen, was bewirkt, dass der
Strom, der von der Quelle zum Bereitstellen der Busspannung zugeführt wird, über einen
vorherbestimmten Wert ansteigt. Dieser vorherbestimmte Wert ist
der höchste
Strom, den die Quelle zum Bereitstellen der Busspannung zuführen kann,
während
die Busspannung zwischen den Signalanschlüssen aufrechterhalten wird.
Da der eigentliche Strom höher
als der vorherbestimmte Wert ist, fällt die Spannung zwischen den
Signalanschlüssen ab.
Das Vorliegen von C1 und R1 stellt sicher, dass das Schaltelement
T1 nicht sofort, sondern nur allmählich leitend wird. Als Folge
wird die Steigung dieses Abfalls durch das Vorliegen des ohmschen
Widerstands R1 und des Kondensators C1 vermindert. Während des
leitenden Zustands des Lichtsensors T2 wird der Kondensator C1 von
einem Strom aufgeladen, der durch den Lichtsensor T2, den ohmschen Widerstand
R1 und den Kondensator C1 fließt.
Analog dazu fällt
die Spannung am ohmschen Widerstand R3 auf null, wenn der Lichtsensor
nichtleitend ist, so dass das Schaltelement T1 nichtleitend gemacht
wird und die Spannung zwischen den Signalanschlüssen ansteigt. Die Steilheit
der Steigung des letzteren Anstiegs wird erneut durch das Vorliegen des
ohmschen Widerstands R1 und des Kondensators C1 begrenzt, da das
Schaltelement T1 nicht sofort, sondern allmählich nichtleitend gemacht
wird. Während
des nichtleitenden Zustands des Lichtsensors T2 wird der Kondensator
C1 von einem Strom entladen, der vom Signalanschluss K1 durch den Kondensator
C1 und die ohmschen Widerstände
R1 und R3 zum Signalanschluss K2 fließt. Dadurch, dass die Zenerspannung
ungefähr
gleich dem Doppelten der Schwellenspannung des Schaltelements T1
gewählt
wird, und dadurch, dass der ohmsche Widerstand R3 verhältnismäßig klein
(in Bezug auf den ohmschen Widerstand R1) gewählt wird, entspricht der Strom,
der den Kondensator C1 auflädt,
ungefähr dem
Strom, der C1 entlädt.
Als Folge ist die Zeitverzögerung
der Anstiegflanke des Signals, das zwischen den Signalanschlüssen vorliegt,
ungefähr gleich
der Zeitverzögerung
der Abfallflanke dieses Signals. Dies wiederum bewirkt, dass die
Störung des „Hoch/Niedrig-Verhältnisses" des Signals, das zwischen
den Signalanschlüssen
vorliegt, sehr klein ist.
-
Es
wurde ein Versuch durchgeführt,
in dem zwei Schnittstellen verwendet wurden. Die erste Schnittstelle
war eine praktische Ausführungsform der
in 1 gezeigten Schnittstelle, während die zweite Schnittstelle
nicht den Kondensator C1, den ohmschen Widerstand R1 und die Zenerdiode
D2 umfasste, ansonsten jedoch mit der ersten Schnittstelle identisch
war. Die Steilheit der Steigungen des Signals, das zwischen den
Signalanschlüssen
jeder der Schnittstellen vorlag, wurde für dasselbe Signal, das von
derselben Leuchtdiode übertragen
wurde, und eine Busspannung von 16 V bewertet. Bei der zweiten Schnittstelle
wurde festgestellt, dass die Steigung der Anstiegflanke 28 MV/s
betrug, während die
Zeitverzögerung
8,5 Mikrosekunden war, und die Steigung der Abfallflanke 17 MV/s
betrug, während die
Zeitverzögerung
3,5 Mikrosekunden war. Bei der ersten Schnittstelle wurde festgestellt,
dass die Steigung der Anstiegflanke 1,1 MV/s betrug, während die Zeitverzögerung 28
Mikrosekunden war, und die Steigung der Abfallflanke betrug 0,5
MV/s und eine Verzögerung
von 38 Mikrosekunden. Es kann gefolgert werden, dass die Steigungen
der Anstieg- und Abfallflanken des Signals im Fall der ersten Schnittstelle
die DALI-Anforderungen erfüllen,
jedoch nicht im Fall der zweiten Schnittstelle. Darüber hinaus
waren die Zeitverzögerungen
der Anstiegflanke und der Abfallflanke des Signals im Fall der ersten
Schnittstelle ähnlicher
als im Fall der zweiten Schnittstelle. Als Folge liegt das „Hoch/Niedrig-Verhältnis" des Signals, das
zwischen den Signalanschlüssen
vorliegt, sehr nah bei 1.