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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein äußerst
zuverlässiges Seriell-Daten-Kommunikationssystem, bei dem
symmetrische Übertragungsleitungen verwendet werden und das
mit einer wechselstromgekoppelten Empfängerschaltung
ausgestattet ist.
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Um die Zuverlässigkeit eines
Daten-Kommunikationssystems zu verbessern, ist es bekannt, verschiedene ein
Kommunikationssystem bildende Einheiten durch eine symmetrische
Übertragungsleitung, z. B. eine verdrillte Doppelader mit
einem Paar elektrischer Drähte, die miteinander verdrillt
sind, miteinander zu verbinden und Signale von
entgegengesetzten Phasen jeweils an das Paar elektrischer Drähte zu
liefern und das Differential zwischen den Signalen als ein
Übertragungssignal festzustellen. Diese Art von
Kommunikationssystem wird auch für ein Steuersystem eines
Motorfahrzeugs verwendet. Bei der Verwendung bei einem Motorfahrzeug,
bei dem der Schutz von Menschenleben oberste Priorität haben
muß, muß ein Datenkommunikationssystem nicht nur
zufriedenstellend beständig sein und niedrige Herstellungskosten
haben, sondern auch eine hohe Zuverlässigkeit, d. h.
fehlerfreie Funktion in verschiedenen Umgebungen. Z.B. selbst bei
Auftreten eines abnormalen Zustands derart, daß die Spannung
eines der Paare von Übertragungsleitungen auf eine konstante
Spannung, z. B. Massepotential, eine Versorgungsspannung
usw. festgelegt ist, oder aufgrund der Unterbrechung von
einem Verbindungsstück oder dergleichen unterbrochen ist
oder daß ein Kurzschluß zwischen den Übertragungsleitungen
stattfindet, müssen normale Übertragungsfunktionen der
verschiedenen Einheiten des Systems beibehalten werden.
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Ein Bus-Treiber/Empfänger eines verteilten Multiplex-
Übertragungssystems für Motorfahrzeuge ist
herkömmlicherweise bekannt, das mit einer Empfängerschaltung der Art
versehen ist, die die Präsenz/Abwesenheit eines Eingangssignals
an die Übertragungsleitungen (d. h. passiver oder dominanter
Zustand der Übertragungsleitungen) durch die
Spannungsdifferenz zwischen den symmetrischen Übertragungsleitungen (siehe
SAE, RECOMMENDED PRACTICE J-1850) feststellt. Bei dieser
Anordnung ist jedoch, wenn die Spannung einer
Übertragungsleitung z. B. auf ein Massepotential festgelegt ist, der
logische Ausgangspegel des Paars Übertragungsleitungen auch
festgelegt, obwohl der logische Pegel der an die andere
Übertragungsleitung angelegten Signale normal variiert,
wodurch keine normalen Empfänger-Funktionen erhalten werden
und die oben erwähnten Erfordernisse für ein
Automobil-System nicht erfüllt werden. In dieser Hinsicht wird eine
Wechselstrom-Koppel-Empfängerschaltung in herkömmlicher
Weise verwendet, bei der ein Kondensator vor einer mit den
Übertragungsleitungen verbundenen Empfängerschaltung
angeordnet ist, um einen normalen Empfang von Signalen auf der
Basis der Ausgangslogik einer normalen Übertragungsleitung
zu ermöglichen, deren Spannung nicht festgelegt ist, z. B.
auf Massepotential, selbst im Falle der oben erwähnten
Schwierigkeiten. Durch einfaches Verbinden des Kondensators
ändert sich jedoch der Gleichstrom-Pegel des
Übertragungssignals, wenn das Signal den Kondensator passiert, in
Abhängigkeit von dem Tastverhältnis des Signals, wodurch die
empfangene Schwellenwertspannung, die an eine
Signal-Verarbeitungsschaltung nahe dem Kondensator angelegt werden soll,
variiert und somit kann ein normaler Signalempfang nicht
durchgeführt werden. Aus diesem Grund müssen bei diesem
Wechselstrom-Koppel-System Maßnahmen ergriffen werden, um
die Fluktuation des Gleichstrom-Pegels, insbesondere die
Fluktuation der empfangenen Schwellenwert-Spannung, die
durch die in dem Kondensator während serieller
Impulsübertragung gespeicherte Ladung bewirkt wird, zu eliminieren. Es
wird z. B. eine in Fig. 1 gezeigte Anordnung
herkömmlicherweise
verwendet, bei der Signalspannungen an den zwei
Signalleitungen über eine Wechselstrom-Kopplung an einen
Differential-Verstärker angelegt werden, welcher vorzugsweise
einen Hochgeschwindigkeits-Operationsverstärker aufweist,
und das Spannungs-Differential zwischen den zwei Signalen,
das von dem Differential-Verstärker geliefert wird, wird
durch eine weitere Wechselstrom-Kopplung einer
Pegelverschiebung unterzogen und wird dann mit einer
Referenzspannung verglichen.
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Gemäß dieser Anordnung gemäß dem Stand der Technik muß
jedoch ein Differential-Verstärker mit z. B. einem
Hochgeschwindigkeits-Operationsverstärker nach der Wechselstrom-
Kopplung angeordnet werden, was zu einem Anstieg der Anzahl
der Komponenten der Schaltung und dementsprechend der Kosten
führt und auch viel Platz für die Anordnung benötigt.
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FR 2443770 macht eine Empfängerschaltung bekannt mit
einer Schaltung, um die kontinuierliche Komponente
wiederzugewinnen. Das System arbeitet so, daß es verhindert, daß ein
Fehler in einem der Peripheriegeräte, die mit der
Zentraleinheit verbunden sein können, die Funktion der anderen
beeinträchtigt.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Kommunikationssystem bereitzustellen, das mit einer
Wechselstrom-Koppel-Empfänger-Schaltung ausgestattet ist, das die
Fluktuation einer empfangenen Schwellenwert-Spannung, die
durch die in dem Wechselstrom-Koppel-Kondensator
gespeicherte Ladung während der Signalübertragung bewirkt wurde,
verhindern kann und Signale selbst in verschiedenen abnormalen
Bedingungen übertragen kann und somit eine hohe
Zuverlässigkeit und Beständigkeit in verschiedenen Umgebungen
bereitstellt und welches kostengünstig und von einfachem Aufbau
mit einer geringen Anzahl an Komponenten ist und
dementsprechend in einer geringen Größe zu einem niedrigen Preis
gebaut werden kann.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es,
ein sehr zuverlässiges Kommunikationssystem für eine
Mehrzahl
von Übertragungs-Anwendungen mit einer Übertragung
innerhalb eines Motorfahrzeugs bereitzustellen, wobei das
System selbst dann Signale übertragen kann, wenn ein
abnormaler Zustand vorliegt, so daß eine symmetrische
Übertragungsleitung bei einer konstanten Spannung festgelegt ist oder
unterbrochen wird oder daß zwischen den
Übertragungsleitungen ein Kurzschluß erfolgt.
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Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein mit
einer Wechselstrom-Koppel-Empfänger-Schaltung ausgestattetes
Kommunikationssystem bereitzustellen, das
Übertragungssignale bei hohen Geschwindigkeiten selbst dann aufnehmen kann,
wenn die Signal-Wellenform gerundet ist und dementsprechend
eine Übertragungsrate von hoher Geschwindigkeit erreichen
kann.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es,
ein sehr zuverlässiges Kommunikationssystem bereitzustellen,
das konstruiert werden kann, indem eine minimale Anzahl an
Komponenten zu einer herkömmlichen Schaltung hinzugefügt
werden und bei dem die Vorspann-Bedingung der
Übertragungsleitungen und der Betriebszustand einer Empfängerschaltung
automatisch geändert werden können, wenn eine Abnormalität
erfolgt, um eine Signalübertragung sicherzustellen und
dementsprechend ist keine spezielle Logikschaltung für die
Unterscheidung des Auftretens von Abnormalitäten und für den
Steuerungsvorgang während abnormalem Zustand erforderlich.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein
Kommunikationssystem mit einem Paar Übertragungsleitungen
als symmetrische Übertragungsleitung und mindestens einer
Sender-Schaltung und mindestens einer Wechselstrom-Koppel-
Empfänger-Schaltung vorgesehen, die beide mit den
Übertragungsleitungen verbunden sind, wobei die
Wechselstrom-Koppel-Empfänger-Schaltung aufweist:
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Wechselstrom-Koppel-Kondensatoren, die mit den beiden
Übertragungsleitungen verbunden sind;
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eine Spannungs-Komparatoreinrichtung, die mit dem
Übertragungsleitungs-Paar über die
Wechselstrom-Koppel-Kondensatoren
verbunden ist; und
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ein nichtlineares Element, das zwischen dem
Übertragungsleitungs-Paar in einer Position zwischen den Kondensatoren und
der Spannungs-Komparatoreinrichtung verbunden ist;
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dadurch gekennzeichnet, daß das Kommunikationssystem
weiterhin Mittel zum Vorspannen der beiden Übertragungsleitungen
auf vorbestimmte Vorspann-Bedingungen hinsichtlich
Massepotential aufweist; und
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Kurzschluß-Detektionsmittel zum Feststellen eines zwischen
dem Übertragungsleitungs-Paar stattfindenden Kurzschlusses,
wobei das Vorspann-Mittel eine Vorspann-Schaltung aufweist,
die, wenn das Kurzschluß-Detektionsmittel einen Kurzschluß
feststellt, eine Vorspann-Bedingung einer der beiden
Übertragungsleitungen ändert.
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Vorzugsweise weist das nicht lineare Element mindestens
eine Diode oder mindestens eine Zener-Diode auf.
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Vorzugsweise beinhaltet die
Wechselstrom-Koppel-Empfänger-Schaltung Eingangs-Potential-Fixiermittel zum Fixieren
der Spannung eines übertragungsleitungsseitigen Abschnitts
des Wechselstrom-Koppel-Kondensators, der mit der
Übertragungsleitung verbunden ist, deren Vorspann-Bedingung bei
einem vorbestimmten Potential geändert wird, wenn das
Kurzschluß-Detektionsmittel einen Kurzschluß feststellt.
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Das Kommunikationssystem der vorliegenden Erfindung
weist weiterhin vorzugsweise Impedanz-Veränderungsmittel
auf, die jeweils an Eingangsseiten der Wechselstrom-Koppel-
Kondensatoren zum Ändern der Impedanzen der Eingangsseiten
der Wechselstrom-Koppel-Kondensatoren angeordnet sind. Wenn
eine der beiden Übertragungsleitungen unterbrochen ist,
bringt das Impedanz-Veränderungsmittel die Eingangsseite des
Wechselstrom-Koppel-Kondensators entsprechend der
unterbrochenen Übertragungsleitung auf einen niedrigen
Impedanzzustand. Das Impedanz-Veränderungsmittel weist vorzugsweise
eine Emitterfolger-Schaltung (Emitterverstärker-Schaltung)
auf und weiterhin wird vorzugsweise ein Element an einer
Basisseite der Emitterverstärker-Schaltung eingeführt, um
einen Spannungsabfall zu bewirken.
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Die obengenannten und andere Aufgaben, Merkmale und
Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der
nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Beispielen der
Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen
verdeutlicht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 ist ein Schaltdiagramm einer herkömmlichen
Wechselstrom-Koppel -Empfänger-Schaltung;
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Fig. 2 ist ein Schaltdiagramm einer
Wechselstrom-Koppel-Empfänger-Schaltung gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 3 ist ein Schaubild einer
Spannungs-Strom-Charakteristik eines in Fig. 2 gezeigten nichtlinearen Elementes;
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Fig. 4A ist ein Wellenform-Diagramm, in dem
Spannungsänderungen von ersten und zweiten Bussen in Fig. 2 gezeigt
sind;
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Fig. 4B ist ein Wellenform-Diagramm, in dem
Spannungsänderungen an den Eingangsanschlüssen eines in Fig. 2
gezeigten Komparators in Reaktion auf Impulseingangssignale
gezeigt sind;
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Fig. 4C ist ein Wellenform-Diagramm, in dem Änderungen
von Ausgangssignalen des Komparators in Reaktion auf
Impulseingänge gezeigt sind;
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Fig. 5A ist ein Diagramm ähnlich zu Fig. 4A, in dem
Spannungsänderungen gezeigt sind, wenn die Spannung des
zweiten Busses von Fig. 2 auf eine konstante Spannung
festgelegt ist;
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Fig. 5B ist ein Diagramm ähnlich zu Fig. 4B, in dem
Spannungsänderungen gezeigt sind, wenn die Spannung des
zweiten Busses auf eine konstante Spannung festgelegt ist;
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Fig. 5C ist ein Diagramm ähnlich zu Fig. 4C, in dem
Ausgangsänderungen gezeigt sind, wenn die Spannung des
zweiten
Busses auf eine konstante Spannung festgelegt ist;
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Fig. 6 ist ein Schaltdiagramm, in dem ein Beispiel der
Schaltungsanordnung der Fig. 2 gezeigt ist;
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Fig. 7 ist ein Schaltdiagramm, in dem eine Modifikation
der Schaltung der Fig. 6 gezeigt ist;
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Fig. 8A ist ein Wellenform-Diagramm, in dem
Spannungsänderungen der ersten und zweiten Busse in der Schaltung der
Fig. 6 gezeigt sind, wenn ein Impuls mit einer gerundeten
Wellenform eingegeben wird;
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Fig. 8B ist ein Wellenform-Diagramm, in dem die
Spannungsänderungen an den Eingangsanschlüssen des Komparators
in der Schaltung der Fig. 6 gezeigt sind, wenn ein Impuls
mit einer gerundeten Wellenform eingegeben wird;
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Fig. 8C ist ein Wellenform-Diagramm, in dem
Ausgangssignal-Änderungen des Komparators in der Schaltung der Fig. 6
gezeigt sind, wenn ein Impuls mit einer gerundeten
Wellenform eingegeben wird;
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Fig. 9A ist ein Diagramm ähnlich zu Fig. 8A, in dem
Spannungsänderungen der ersten und zweiten Busse in der
Schaltung der Fig. 7 gezeigt sind;
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Fig. 9B ist ein Diagramm ähnlich zu Fig. 8B, in dem
Spannungsänderungen an den Eingangsanschlüssen eines
Komparators in der Schaltung der Fig. 7 gezeigt sind;
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Fig. 9C ist ein Diagramm ähnlich zu Fig. 8C, in dem
Ausgangssignal-Änderungen des Komparators in der Schaltung
der Fig. 7 gezeigt sind;
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Fig. 10A ist ein Wellenform-Diagramm, in dem im Detail
Spannungsänderungen des ersten Busses in der Schaltung der
Fig. 6 gezeigt sind, wenn ein Impuls mit einer gerundeten
Wellenform eingegeben wird;
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Fig. 10B ist ein Wellenform-Diagramm, in dem
Ausgangssignal-Änderungen des Komparators in Reaktion auf die Bus-
Spannungsänderungen von Fig. 10A gezeigt sind;
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Fig. 10C ist ein Diagramm ähnlich zu Fig. 10A, in dem
Bus-Spannungs-Änderungen in der Schaltung der Fig. 7 gezeigt
sind;
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Fig. 10D ist ein Diagramm ähnlich zu Fig. 10B, in dem
Ausgangssignal-Änderungen des Komparators in der Schaltung
der Fig. 7 gezeigt sind;
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Fig. 11 ist ein Schaltdiagramm einer Sender-Schaltung
gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
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Fig. 12A ist ein Diagramm, in dem eine Wellenform eines
in die Schaltung der Fig. 11 eingegebenen digitalen Signals;
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Fig. 12B ist ein Diagramm, in dem Wellenformen von
Signalen in Übertragungsleitungen von Fig. 11 gezeigt sind,
wenn zwischen den Übertragungsleitungen ein Kurzschluß
stattfindet;
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Fig. 12C ist ein Wellenform-Diagramm, in dem
Spannungsänderungen an den Eingangsseiten der Kondensatoren der Fig.
11 gezeigt sind, wenn zwischen den Übertragungsleitungen ein
Kurzschluß stattfindet;
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Fig. 12D ist ein Wellenform-Diagramm, in dem
Ausgangssignal-Änderungen eines Komparators in Fig. 11 gezeigt sind,
wenn zwischen den Übertragungsleitungen ein Kurzschluß
stattfindet;
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Fig. 13A ist ein Schalt-Diagramm, in dem eine Anordnung
einer Kurzschluß-Detektionsschaltung und eines
Schalterstromkreises, in Fig. 11 gezeigt, dargestellt ist;
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Fig. 13B ist ein Schalt-Diagramm, in dem ein weiteres
Beispiel der Schaltungsanordnung der Fig. 11 gezeigt ist;
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Fig. 14 ist ein Schaltdiagramm, in dem eine Anordnung
einer Detektionsschaltung für abnormale Spannung und des
Schalterstromkreises der Fig. 11 gezeigt ist;
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Fig. 15 ist ein Schaltdiagramm, in dem eine
Sender/Empfänger-Schaltung gemäß einer dritten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung gezeigt ist;
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Fig. 16 ist ein Schaltdiagramm, in dem eine Anordnung
eines Schalterstromkreises und einer Detektionsschaltung für
abnormale Spannung in Fig. 15 gezeigt ist;
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Fig. 17 ist ein Schaltdiagramm, in dem eine
Modifikation der Schaltung der Fig. 15 gezeigt ist; und
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Fig. 18 ist ein Schaltdiagramm, in dem eine
Sender/Empfänger-Schaltung gemäß einer vierten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung gezeigt ist.
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In bezug auf Fig. 2 weist eine
Wechselstrom-Koppel-Empfänger-Schaltung zur Verwendung in einem
Kommunikationssystem gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung eine Spannungs-Komparatoreinrichtung 1 auf, die
einen Ausgangsanschluß e, einen nicht invertierten
Eingangsanschluß c, der mit einem ersten Bus 2 verbunden ist, der als
Übertragungsleitung dient, und einen invertierten
Eingangsanschluß d, der mit einem zweiten Bus 3 verbunden ist, der
auch als Signal-Übertragungsleitung dient, aufweist. Der
erste und zweite Bus 2 und 3 bilden z. B. ein gewundenes
Drahtpaar, und darin sind z. B. Wechselstrom-Koppel-Kondensatoren
C1 bzw. C2 angeordnet. Ein nichtlineares Element N ist
zwischen dem ersten und dem zweiten Bus 2 und 3 in einer
Position zwischen der Spannungs-Komparatoreinrichtung 1 und den
Kondensatoren C1 bzw. C2 verbunden. Insbesondere hat das
nichtlineare Element N einen positiven Anschluß (angedeutet
durch "+" in Fig. 2), der mit dem zweiten Bus 3 verbunden
ist, und einen negativen Anschluß (angedeutet durch "-" in
Fig. 2), der mit dem ersten Bus 2 verbunden ist. Ein
Widerstand R2 ist an einem Ende mit einem Abschnitt des ersten
Busses 2 zwischen dem Kondensator C&sub1; und der
Spannungs-Komparatoreinrichtung 1 verbunden und ist an seinem anderen
Ende geerdet. Eine Hochzieh-(pull-up)-Stromversorgung Vcc ist
über einen Widerstand R1 mit einem Abschnitt des zweiten
Busses 3 zwischen dem Kondensator C&sub2; und der
Spannungs-Komparatoreinrichtung 1 verbunden. Das nichtlineare Element N
besteht aus einer Diode, einer Zener-Diode oder dergleichen;
alternativ dazu kann das Element N eine Mehrzahl von Dioden,
Zener-Dioden oder dergleichen aufweisen, die, falls
erforderlich, in Reihe angeordnet sind.
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Die Empfänger-Schaltung ist so ausgebildet, daß sie ein
Paar Signale von entgegengesetzten Phasen von einer
Senderschaltung
(nicht gezeigt) empfängt, die mit
Eingangsanschlüssen a und b des ersten und zweiten Busses 2 und 3
verbunden ist, wie nachfolgend in bezug auf andere
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben ist. Bei
dieser Ausführungsform werden jeweils positive und negative
serielle Impulse an den ersten und zweiten Bus 2 bzw. 3
angelegt.
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Fig. 3 zeigt eine Spannungs-Strom-Charakteristik des
nichtlinearen Elements N, wobei die Spannung am + Anschluß
als positive Spannung und der elektrische Strom, der vom +
Anschluß zum - Anschluß fließt, als positiver Strom
definiert ist. Wie aus der Figur ersichtlich ist, hat das
nichtlineare Element N die Charakteristik, daß ein Strom
plötzlich zu fließen beginnt, wenn die Anschluß-Spannung eine
Spannung Vf überschreitet.
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Die Widerstände R1 und R2 sind vorgesehen, um einen
Vorspann-Strom IB durch das nichtlineare Element N zu
leiten, selbst wenn keine Eingangssignale vorliegen, um eine
Spannung zu entwickeln, die ungefähr gleich der Spannung Vf
zwischen den Anschlüssen des Elementes N ist. Anstelle die
Widerstände R1 und R2 zu verwenden, können andere geeignete
Elemente zum Erzeugen des Vorspann-Stromes vorgesehen
sein.
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Die Spannungs-Komparatoreinrichtung 1 ist so
ausgebildet, daß die Differenz VDEF zwischen den Spannungen an dem
nicht invertierten Eingangsanschluß und dem invertiertem
Eingangsanschluß mit einer Schwellenwert-Spannung VTH
verglichen wird. Die Spannungs-Komparatoreinrichtung 1 gibt eine
Spannung mit hohem Pegel von dem Ausgangsanschluß e aus,
wenn VDEF > VTH gilt, und wenn VDEF < VTH gibt sie eine
Spannung mit niederem Pegel von dem Anschluß e aus.
Natürlich kann man, um Rauschstörungen zu reduzieren, die
Schwellenwert-Spannung VTH, wenn die Ausgangsspannung von einem
niedrigen Pegel auf einen hohen Pegel invertiert ist, auf
einen um ΔVH höheren Wert einstellen, als der, wenn die
Ausgangsspannung von einem hohen Pegel auf einen niedrigen
Pegel invertiert wird, um eine Hysterese-Characteristik zu
erhalten.
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Der Betrieb der Wechselstrom-Koppel-Empfänger-Schaltung
wird nun beschrieben. Aus Gründen der Einfachheit basiert
die folgende Beschreibung auf der Annahme, daß die
Schwellenwert-Spannung VTH der Spannungs-Komparatoreinrichtung 1
den Wert 0 (Null) hat. In diesem Fall gibt die Spannungs-
Komparatoreinrichtung 1 eine Spannung mit hohem Pegel aus
ihrem Ausgangsanschluß e aus, wenn die Spannung an dem
Eingangsanschluß c größer ist als die an dem anderen
Eingangsanschluß d und gibt eine Spannung mit niedrigem Pegel aus,
wenn die erstere niedriger ist als die letztere.
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Wenn keine Eingangssignale vorhanden sind, d. h., wenn
an dem ersten und zweiten Bus 2 und 3 keine Impulse
eingegeben werden, fließt der Vorspann-Strom IB von der Hochzieh-
Stromversorgung Vcc zu dem Widerstand R2 über den Widerstand
R1 und das nichtlineare Element N und dementsprechend wird
eine Spannung, die ungefähr gleich zur Spannung Vf ist,
zwischen den Eingangsanschlüssen c und d der
Spannungs-Komparatoreinrichtung 1 induziert. Zu diesem Zeitpunkt erscheint am
Ausgangsanschluß e der Spannungs-Komparatoreinrichtung 1 ein
Ausgangssignal mit niedrigem Pegel (Fig. 4C).
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Wenn ein positiver Impuls mit einem Höchstwert Va und
einem negativen Impuls mit einem Höchstwert von Vb an den
ersten und zweiten Bus 2 bzw. 3 angelegt wird, wie in Fig.
4A gezeigt, steigt die Spannung an dem positiven Anschluß
des nichtlinearen Elementes N um Va und die Spannung an dem
negativen Anschluß sinkt um Vb von ihren jeweiligen Werten,
wenn keine Eingangssignale vorhanden sind. Als Folge davon
wird eine Spannung gleich der Differenz zwischen der Summe
der Höchstwerte Va und Vb der positiven und negativen
Impulse und der Spannung Vf, erzeugt von dem nichtlinearen
Element N, (d. h. Va + Vb - Vf) an das nichtlineare Element N
als Sperrspannung angelegt und somit fließt beinahe kein
Strom durch das nichtlineare Element N. Zu diesem Zeitpunkt
ändert sich eine Spannung zwischen den Eingangsanschlüssen c
und d der Spannungs-Komparatoreinrichtung 1 auf Va+Vb-Vf mit
einer Polarität, die der bei Abwesenheit von
Eingangssignalen erzeugten Polarität entgegengesetzt ist, und ein
Ausgangssignal mit hohem Pegel erscheint an dem
Ausgangsanschluß e des Komparators 1, wie in Fig. 4B und 4C
gezeigt. D.h. das Ausgangssignal des Anschlusses e wird
invertiert. Diese Ausgangssignal-Invertierung findet statt, wenn
die Summe der Beträge der Spannungsänderungen des ersten und
zweiten Busses 2 und 3 die Spannung Vf übersteigt, die von
dem nichtlinearen Element N erzeugt wurde. Dies gilt auch in
dem Fall, in dem die Schwellenwert-Spannung VTH der
Spannungs-Komparatoreinrichtung 1 nicht gleich 0 (Null) ist;
d. h., die Inversion des Ausgangssignals des Anschlusses e
erfolgt, wenn die Summe der Beträge der Spannungsänderungen
des ersten und zweiten Busses 2 und 3 Vf + VTH übersteigt.
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Wenn im wesentlichen kein Strom in dem nichtlinearen
Element N fließt, wird der Kondensator C1, der in dem ersten
Bus 2 angeordnet ist, über den Widerstand R2 in eine solche
Richtung geladen, daß die Kathoden-Spannung an dem negativen
Anschluß des nichtlinearen Elementes N verringert wird,
wohingegen der Kondensator C2 des zweiten Busses 3 über den
Widerstand R1 in einer solchen Richtung geladen wird, daß
die Anodenspannung am positiven Anschluß erhöht wird.
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Nachdem Stromimpulse an den ersten und zweiten Bus 2
und 3 angelegt worden sind, geht die Schaltung in ihren
ursprünglichen Zustand zurück (in dem keine Signale angelegt
sind), wobei die Spannung Vf an das nichtlineare Element N
angelegt ist, wodurch ein Ausgangssignal mit niedrigem Pegel
an dem Anschluß e bereitgestellt wird. Wenn das Stromimpuls-
Eingangssignal beendet ist, wird die Ladung der
Kondensatoren C1 und C2, die gespeichert wurde, während das
nichtlineare Element N in einem im wesentlichen gesperrten
Zustand war, schnell über das nichtlineare Element N entladen,
welches nun in einem leitenden Zustand ist, wobei seine
Anschluß-Spannung bis über den Pegel Vf gestiegen ist. Mit
anderen Worten wird die Anschlußspannung der Kondensatoren C1
und C2, die in Reaktion auf das Eingangssignal des
Stromimpulses erhöht wurde, kurzfristig auf den ursprünglichen
Null-Pegel zurückgebracht. Aus diesem Grund ändert sich die
Entladungszeit der Kondensatoren C1 und C2 nicht wesentlich,
selbst, wenn die Impulse nacheinander in kurzen
Zeitabständen eingegeben werden (Fig. 4A zeigt den Fall, in dem zwei
Impulse mit unterschiedlichen Impulsbreiten nacheinander
eingegeben werden).
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Nun wird der Betrieb der Empfänger-Schaltung bei
Auftreten einer Abnormalität, z. B., wenn die Spannung von einem
der Busse, z. B. des zweiten Busses 3 auf einen konstanten
Wert (z. B. Massepotential) festgelegt ist, in bezug auf
Figuren 5A und 5C beschrieben. Die folgende Beschreibung
basiert auf der Annahme, daß die Schwellenwert-Spannung VTH
der Spannungs-Komparatoreinrichtung 1 der Einfachheit halber
0 (Null) ist.
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Wie in Fig. 5A gezeigt, wird die Spannung des ersten
Busses 2 in Reaktion auf die Impuls-Eingangssignale um den
Höchstwert Va des positiven Eingangsimpulses von dem Pegel
zum Zeitpunkt der Abwesenheit von Eingangssignalen erhöht,
die Spannung am Eingangsanschluß b des zweiten Busses 3
(abnormaler Bus) bleibt auf einem konstanten Wert festgelegt
unabhängig von der Anwesenheit/Abwesenheit von einem
Impulseingang. Als Folge davon steigt die an den Eingangsanschluß
c der Spannungs-Komparatoreinrichtung 1 angelegte Spannung
von dem Pegel um den Wert Va während der Abwesenheit von
Eingangssignalen in Reaktion auf einen Impulseingang,
wohingegen die an den invertierten Eingangsanschluß d angelegte
Spannung auf einem konstanten Pegel festgelegt ist, wie in
Fig. 5B gezeigt. Die Empfänger-Schaltung ist so konstruiert,
daß der Höchstwert Va des positiven, an den ersten Bus 2
angelegten Impulses größer als die von dem nichtlinearen
Element N erzeugte Spannung Vf ist, d. h. das Verhältnis Va > Vf
ist erfüllt. Dementsprechend kreuzen sich die Spannungspegel
der Eingangsanschlüsse c und d der
Spannungs-Komparatoreinrichtung 1 in der Zeit zwischen der Abwesenheit von
Eingangsimpulsen
und dem Eingang von positiven Impulsen. Im Fall,
wenn die Schwellenwertspannung VTH der
Spannungs-Komparatoreinrichtung 1 nicht gleich 0 (Null) ist, kann die
Empfängerschaltung so konstruiert sein, daß das Verhältnis Va > Vf +
VTH erfüllt ist, um ähnliche Ergebnisse zu erhalten. Wenn
somit ein positiver Impuls eingegeben wird, wird das
Ausgangssignal des Anschlusses e von einem niedrigen Pegel (dem
Pegel während der Abwesenheit von Eingangsimpulsen) zu einem
hohen Pegel invertiert. Der Betrieb der oben beschriebenen
Empfänger-Schaltung ist im wesentlichen derselbe wie in dem
Fall, in dem die Spannung des ersten Busses 2 auf einen
konstanten Pegel festgelegt ist. Somit ändert sich, selbst,
wenn die Spannung eines der Busse auf eine konstante
Spannung festgelegt ist, der Ausgangspegel der
Empfängerschaltung in exakter Reaktion auf die Anwesenheit/Abwesenheit des
richtig eingegebenen Impulses und die Empfängerschaltung
arbeitet im wesentlichen in gleicher Weise, als wenn positive
und negative Impulse richtig hierzu eingegeben werden. Die
Verbindungen der Anschlüsse c und d der
Spannungs-Komparatoreinrichtung 1 der Fig. 2 hinsichtlich der Busse können
umgekehrt werden, wenn ein entgegengesetztes logisches
Ausgangssignal am Anschluß e bereitgestellt werden muß.
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Fig. 6 zeigt ein Beispiel der Schaltung der Fig. 2, in
welcher eine Diode D und ein Komparator C als das
nichtlineare Element N bzw. Spannungs-Komparatoreinrichtung 1
verwendet werden. Bei dieser Anordnung sind die Spannungen Vf
und VTH auf ca. 0,6 V bzw. 0 (Null) V eingestellt und aus
diesem Grund, wenn die Summe der Beträge der
Spannungsänderungen der ersten und zweiten Busse 2 und 3 einen
vorbestimmten Wert von ca. 0,6 V überschreitet, ändert sich das
Ausgangssignal des Anschlusses e des Komparators C von einem
niedrigen Pegel auf einen hohen Pegel.
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Fig. 7 zeigt eine Modifikation der Schaltung der
Fig. 6, in der eine Zener-Diode ZD anstelle der Diode D
verwendet wird, um die Übertragungsgeschwindigkeit zu
verbessern.
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Der Grund, weshalb die Empfänger-Schaltung der Fig. 7
eine hohe Übertragungsgeschwindigkeit hat, wird im Vergleich
mit der Schaltung der Fig. 6 erklärt. Wir wollen z. B.
annehmen, daß in den Schaltungen der Fig. 6 und 7 positive und
negative Impulse, die jeweils gerundete Vorder- und
Rückflanken haben, an die Eingangsanschlüsse a und b der ersten
und zweiten Busse 2 bzw. 3 angelegt werden, wie in Fig.
8A und 9A gezeigt.
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Wenn die positiven und negativen Impulse eingegeben
werden, wird eine Spannung, die um den Höchstwert Va des
positiven Impulses von dem Pegel bei Abwesenheit von
Eingangsimpulsen in Übereinstimmung mit der Wellenform des
ansteigenden Abschnitts des positiven Impulses steigt, an den
nicht invertierten Eingangsanschluß c des Komparators C
angelegt und eine Spannung, die um den Höchstwert Vb des
negativen Impulses von dem Pegel bei Abwesenheit eines
Eingangsimpulses in Übereinstimmung mit der Wellenform des
abfallenden Abschnitts des negativen Impulses sinkt, wird an den
invertierten Eingangsanschluß d des Komparators C (Fig. 8B und
9B) angelegt. Wenn das Größenverhältnis der Spannungspegel,
die an die Eingangsanschlüsse c und d angelegt werden, von
diesem während der Abwesenheit von Eingangsimpulsen
umgekehrt werden, ändert sich das Ausgangssignal des Komparators
C von einem niedrigen Pegel zu einem hohen Pegel (Fig. 8C
und 9C). Die Schaltungen der Fig. 6 und auch der Fig. 7
weisen beide diese Betriebsweisen auf und aus diesem Grund wird
das Ausgangssignal des Komparators in diesen Schaltungen
gleichzeitig in Reaktion auf die Anwendung von positiven und
negativen Impulsen invertiert.
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Bei der Schaltung der Fig. 6 steigen bzw. fallen die
Spannungen an den Eingangsanschlüssen c und d des
Komparators C, bis die Spannung über diesen Eingangsanschlüssen den
Wert (Va + Vb - Vf) (Fig. 8B und 10A) erreicht. Bei der
Schaltung der Fig. 7 jedoch steigen bzw. fallen die
Spannungen an den Eingangsanschlüssen des Komparators C nicht mehr,
wenn die Spannung über den Eingangsanschlüssen des
Komparators
die Zener-Spannung Vz der Zener-Diode ZD (Fig. 9B
und 10C) erreicht. Wenn die positiven und negativen Impulse
in den Schaltungen der Fig. 6 und 7 abfallen, nehmen die
Spannungen an den Eingangsanschlüssen c und d der
Komparatoren C ab bzw. nehmen gemäß den absteigenden und ansteigenden
Charakteristiken der positiven bzw. negativen Impulse zu.
Somit sind, obwohl die Schaltungen der Fig. 6 und 7
ähnlich im Betrieb sind, wenn Impulse abfallen, Impulsanstieg-
und Impulsabfall-Start-Spannungspegel (Fig. 10C) des
Eingangsanschlusses c und d des Komparators C kleiner in der
Schaltung der Fig. 7 bei Verwendung der Zenerdiode ZD als
die entsprechenden Spannungspegel (Fig. 10A) der
Eingangsanschlüsse des Komparators C der Fig. 6 aufgrund der oben
erwähnten Differenz. Dementsprechend ist die zeitliche Lage
der Inversion des Ausgangspegels des Komparators während des
Impulsabfalls bei der Schaltung der Fig. 7 (Fig. 10D) früher
als bei der Schaltung der Fig. 6 (Fig. 10B) und somit hat
die Schaltung der Fig. 7 eine höhere
Übertragungsgeschwindigkeit.
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Eine Senderschaltung gemäß einer zweiten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun im Hinblick auf
Fig. 11 beschrieben.
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In Fig. 11, die die in einer Einheit eines
Datenübertragungssystems vorgesehene Senderschaltung zeigt, ist die
Basis eines Transistors Tr1 mit dem Eingangsanschluß der
Senderschaltung über einen Widerstand R14 und einen
Invertierer IN und auch über einen Widerstand R12 mit einer
Stromversorgung Vcc verbunden. Der Emitter des Transistors
Tr1 ist mit der Stromversorgung Vcc über einen Widerstand
R10 verbunden. Die Basis eines weiteren Transistors Tr2 ist
mit dem Eingangsanschluß der Senderschaltung über einen
Widerstand verbunden und über einen Widerstand R13 geerdet.
Der Emitter des Transistors Tr2 ist über einen Widerstand
R11 geerdet. Die Kollektoren der Transistoren Tr1 und Tr2
sind mit jeweiligen Ausgangsanschlüssen der Senderschaltung
verbunden.
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Übertragungsleitungen A und B, die ein gewundenes Paar
Draht oder eine ähnliche Übertragungsleitung einer
symmetrischen Art sein können, sind an einem Ende mit den jeweiligen
Ausgangsanschlüssen der Senderschaltung und mit dem anderen
Ende mit Eingangsanschlüssen a bzw. b einer
Empfängerschaltung verbunden. Die Empfängerschaltung hat eine Anordnung,
die im wesentlichen ähnlich zu der in Fig. 2 gezeigten ist
und ist so gebaut, daß sie selbst dann Signale übertragen
kann, wenn eine der Übertragungsleitungen A und B auf eine
feste Spannung, wie z. B. Massepotential, kurzgeschlossen
ist. Im Unterschied zu der Schaltung der Fig. 2 weist die
Empfängerschaltung der Fig. 11 Widerstände R3 und R4 auf,
die jeweils zwischen dem Eingangsanschluß a und einem
Wechselstrom-Koppel-Kondensator C1 und zwischen dem
Eingangsanschluß b und einem Wechselstrom-Koppel-Kondensator C2
verbunden ist. Die Übertragungsleitung B ist mit der
Stromversorgung Vcc über einen Widerstand R8 verbunden und die
Übertragungsleitung A ist über einen Widerstand R7 und einen
Schalterstromkreis H geerdet.
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Eine Kurzschluß-Detektionsschaltung F ist zwischen den
eingangsseitigen Abschnitten der Übertragungsleitungen A und
B verbunden, d. h. zwischen deren Abschnitten auf der Seite
der zwei Ausgangsanschlüsse der Senderschaltung und ist so
ausgebildet, daß der Schalterstromkreis H unterbrochen wird,
wenn sie zwischen den Übertragungsleitungen A und B einen
Kurzschluß feststellt. Auch ist ein Schalter S2 zwischen den
ausgangsseitigen Abschnitten der Übertragungsleitungen A und
B gezeigt, d. h., zwischen deren Abschnitten auf der Seite
der Eingangsanschlüsse a und b der Empfängerschaltung (der
Schalter S2 ist nur zur Erklärung dargestellt, um einen
Kurzschlußzustand anzuzeigen und ist dementsprechend kein
Element, das tatsächlich in der Schaltung vorgesehen ist).
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In der Empfängerschaltung ist eine abnormale Spannungs-
Detektionsschaltung G mit einem Abschnitt der
Übertragungsleitung B verbunden. Ein Schalterstromkreis I ist an einem
Ende mit der Anschlußstelle zwischen dem Widerstand R4 der
Empfängerschaltung, die mit der Übertragungsleitung B und
dem Kondensator C2 verbunden ist, verbunden und das andere
Ende ist geerdet. Der Schalterstromkreis I dient dazu, die
Anschlußstelle mit dem Massepotential, wahlweise über einen
Kondensator unter der Kontrolle der Detektionsschaltung G
kurzzuschließen.
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Die Senderschaltung der Fig. 11 arbeitet wie folgt:
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Wenn die Übertragungsleitungen A und B nicht
kurzgeschlossen sind und in einem normalen Zustand sind, sind
sowohl die Kurzschluß-Detektionsschaltung F und die abnormale
Spannungs-Detektionsschaltung G nicht in Betrieb und
dementsprechend ist der Schalterstromkreis H in einem
geschlossenen Zustand. Aus diesem Grund arbeitet die Senderschaltung
in diesem Zustand in der gleichen Weise wie die Schaltung
der Fig. 2.
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Wenn der Schalter S2 geschlossen ist, um einen
Kurzschluß z. B. zwischen den Übertragungsleitungen A und B zu
bewirken, stellt die Kurzschluß-Detektionsschaltung F diesen
Kurzschluß fest und bewirkt eine Unterbrechung des
Schalterstromkreises H. Als Folge davon ist die Übertragungsleitung
A mit der Stromversorgung Vcc über den Schalter S2 und den
Widerstand R8 verbunden, so daß ihre Spannung auf den Pegel
der Stromversorgung Vcc steigt. Wenn zu diesem Zeitpunkt ein
digitales Signal D (Fig. 12A) von einer digitalen Schaltung
(nicht gezeigt) an die Senderschaltung angelegt wird, wird
der Strom nicht von dem Transistor Tr1 zugeführt, da die
Spannung der Übertragungsleitung A ungefähr auf die Höhe der
Stromversorgung Vcc erhöht wird und dementsprechend kann der
Transistor Tr1 als abgeschaltet betrachtet werden. Auf der
anderen Seite ist der Transistor Tr2 angeschaltet und somit
hat das Signal an der Übertragungsleitung B eine Wellenform,
wie in Fig. 12B gezeigt. Da die Übertragungsleitung A mit
der Übertragungsleitung B über den Schalter S2 verbunden
ist, sind die Signal-Wellenformen der Übertragungsleitungen
A und B beide ähnlich zu einer normalen Signal-Wellenform
der Übertragungsleitung B, wie in Fig. 12B gezeigt.
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Da die Spannung der Übertragungsleitung A von einem
normalen Spannungsbereich aus, der durch die gestrichelte
Linie in Fig. 12B dargestellt ist, erhöht wird, wird die
abnormale Spannungs-Detektionsschaltung G, die mit der
Übertragungsleitung A verbunden ist, so betrieben, daß sie den
Schalterstromkreis I schließt und somit die
Übertragungsleitung A mit dem Massepotential verbindet. Als Ergebnis
erscheint an einem Eingang J der Empfänger-Schaltung kein
Signal und dementsprechend ist die Spannungsdifferenz zwischen
den Eingängen J und K der Empfängerschaltung (Fig. 12C)
ähnlich zu der beim Kurzschließen des zweiten Busses 3 der
Schaltung der Fig. 2 zum Massepotential beobachteten, so daß
die Empfängerschaltung ein Signal E ausgibt (Fig. 12D). So
kann das von der digitalen Schaltung übertragene digitale
Signal D als das Signal E reproduziert werden, wodurch eine
Signalübertragung durch die Senderschaltung möglich wird.
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Fig. 13A und 13B zeigen jeweils ein Beispiel des
Schalterstromkreises H und der in Fig. 11 gezeigten
Kurzschluß-Detektionsschaltung F. In Fig. 13A weist die
Kurzschluß-Detektionsschaltung F Widerstände R21 und R22 als
Spannungsteiler auf, die zwischen der Übertragungsleitung A
und dem Massepotential und einem Transistor Tr11 in Reihe
verbunden sind. Der Kollektor des Transistors Tr11 ist mit
der Stromquelle Vcc über einen Widerstand R23 verbunden, die
Basis ist mit der Anschlußstelle zwischen den Widerständen
R21 und R22 verbunden und der Emitter ist geerdet. Der
Schalterstromkreis H weist einen Transistor Tr12 auf, dessen
einer Kollektor mit dem Vorspann-Widerstand R7 verbunden
ist, dessen eine Basis mit dem Kollektor des Transistors
Tr11 der Kurzschluß-Detektionsschaltung F verbunden ist und
ein Emitter davon geerdet ist.
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Wenn die Spannung der Übertragungsleitung A niedrig
ist, ist die von den Widerständen R21 und R22 geteilte
Spannung nicht groß genug, um den Transistor Tr11 anzuschalten,
während dem Transistor Tr12 der Basisstrom über den
Widerstand R23 zugeführt wird und dementsprechend angeschaltet
wird. Aus diesem Grund wird der Schalterstromkreis H
geschlossen, wenn die Übertragungsleitungen A und B in einem
normalen Zustand sind.
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Wenn zwischen den Übertragungsleitungen A und B ein
Kurzschluß erfolgt, steigt die Spannung der
Übertragungsleitung A auf einen Wert Vcc/2, der gleich der durch Teilen der
Stromzufuhrspannung Vcc durch die Vorspann-Widerstände R8
und R7 in Fig. 11 erhaltenen ist. Demgemäß wird die
Basisspannung des Transistors Tr11 hoch genug, um den Transistor
Tr11 anzuschalten, wohingegen der Transistor Tr12
abgeschaltet wird, und somit ist der Schalterstromkreis H
unterbrochen. Die Schaltung dieser Ausführungsform hat die Funktion,
zu verhindern, daß der Widerstand R8 durch einen durch ihn
fließenden übermäßigen Strom erhitzt wird, wenn die
Übertragungsleitung A auf eine hohe Spannung kurzgeschlossen wird.
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Die in Fig. 13B gezeigte Kurzschluß-Detektionsschaltung
F weist einen Transistor Tr21 auf, von dem eine Basis mit
der Übertragungsleitung A über einen Widerstand R31
verbunden ist, und von dem ein Emitter mit der Übertragungsleitung
B verbunden ist und von dem ein Kollektor über die
Widerstände R33 und R34 als Spannungsteiler geerdet ist. Der
Schalterstromkreis H weist einen Transistor Tr22 auf, von
dem ein Kollektor mit dem Vorspann-Widerstand R7, eine Basis
mit der Anschlußstelle zwischen den Resistoren R33 und R34
verbunden ist und ein Emitter geerdet ist.
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Wenn die Übertragungsleitungen A und B in einem
normalen Zustand sind, besteht eine ausreichende
Potentialdifferenz zwischen den Übertragungsleitungen A und B.
Dementsprechend wird der Transistor Tr21 angeschaltet, um zu bewirken,
daß der Basisstrom durch den Transistor Tr22 fließt, wodurch
der Transistor Tr22 angeschaltet wird. Somit ist der
Schalterstromkreis H geschlossen.
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Wenn die Übertragungsleitung B zur
Übertragungsleitung A hin kurzgeschlossen wird und dementsprechend die
Potentialdifferenz zwischen den zwei Übertragungsleitungen 0
(Null) wird, wird der Transistor Tr21 abgeschaltet und somit
wird der Transistor Tr22 abgeschaltet, wodurch der
Schalterstromkreis H unterbrochen wird.
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Fig. 14 ist ein Beispiel der abnormalen
Spannungs-Detektionsschaltung G und dem Schalterstromkreis I von Fig.
11. Die Detektionsschaltung G weist Widerstände R41 und R42
als Spannungsteiler auf, die zwischen der
Übertragungsleitung A und dem Massepotential verbunden sind und der
Schalterstromkreis I weist einen Transistor Tr31 auf. Der
Kollektor des Transistors Tr31 ist mit der Stromversorgung Vcc
über einen Widerstand R43 verbunden, die Basis ist mit der
Anschlußstelle zwischen den spannungsteilenden Widerständen
R41 und R42 verbunden ist und der Emitter des Transistors
Tr31 ist geerdet. Wenn bei dieser Anordnung die Spannung der
Übertragungsleitung A eine bestimmte Spannung überschreitet,
wird der Transistor Tr31 von der durch die Widerstände R41
und R42 geteilte Spannung angeschaltet und somit wird die
Stelle J auf Massepotential kurzgeschlossen. Wenn ein
Kurzschließen mit Gleichstrom der Stelle J auf Massepotential
bei einem solchen Fall vermieden werden soll, kann ein
Kondensator C3 (in Fig. 14 durch Klammern dargestellt) zwischen
der Stelle J und dem Kollektor des Transistors Tr31
angeordnet werden.
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Der Schalterstromkreis H, die
Kurzschluß-Detektionsschaltung F, die abnormale Spannungs-Detektionsschaltung G
und der Schalterstromkreis I müssen nicht unbedingt mit der
Übertragungsleitung A verbunden sein; sie können alternativ
mit der Übertragungsleitung B mit geänderten Polaritäten
verbunden sein.
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Eine Sender/Empfänger-Schaltung gemäß einer dritten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun in bezug
auf Fig. 15 beschrieben.
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Eine Sender/Empfänger- Schaltung dieser Ausführungsform
ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Signalübertragung
selbst dann möglich ist, wenn eine der Übertragungsleitungen
unterbrochen ist, wodurch weiterhin die Zuverlässigkeit des
Systems verbessert wird. Insbesondere ist diese
Ausführungsform
dazu vorgesehen, die Unannehmlichkeit der
Empfängerschaltung der Fig. 2 zu eliminieren, daß, obwohl eine
Signalübertragung möglich ist, wenn eine der
Übertragungsleitungen auf eine konstanten Spannung festgesetzt ist, Signale
nicht übertragen werden können, wenn eine der
Übertragungsleitungen unterbrochen ist. Gemäß der Schaltung der Fig. 2,
wenn die Übertragungsleitung A bei einer Position
entsprechend dem Symbol S in Fig. 15 unterbrochen ist, wird die
Impedanz des Komparators an dessen Eingangsanschluß
entsprechend der unterbrochenen Übertragungsleitung A erhöht.
Dementsprechend wird die Diode abgetrennt, wenn Eingangssignale
angelegt werden, doch das Potential des obengenannten
Eingangsanschlusses des Komparators fällt ab, da es von dem
Widerstand heruntergezogen wird. Als Folge davon kreuzen sich
die Spannungspegel an beiden Seiten der Diode nicht, d. h.
das Ausgangssignal des Komparators wird nicht invertiert,
wodurch eine normale Übertragung nicht stattfinden kann.
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Bei der Anordnung der Fig. 15 hat die Senderschaltung
eine ähnliche Anordnung zu der der Fig. 11, wohingegen die
Empfängerschaltung die später beschriebenen Elemente
zusätzlich zu den in der Wechselstrom-Koppel-Empfängerschaltung
der Fig. 2 enthaltenen aufweist. Die Übertragungsleitung A
ist über den Vorspann-Widerstand R7 geerdet und die
Übertragungsleitung B ist mit der Stromversorgung Vcc über den
Vorspann-Widerstand R8 verbunden. Die Anschlußstelle zwischen
dem Kondensator C1 und dem Widerstand R3 ist mit der
Stromversorgung Vcc über einen Schalterstromkreis I1 verbunden
und die Anschlußstelle zwischen dem Kondensator C2 und dem
Widerstand R4 ist über einen Schalterstromkreis I2 geerdet.
Die Eingangsseite des Widerstands R3 ist mit der
Stromversorgung Vcc über eine abnormale
Spannungs-Detektionsschaltung GI verbunden und ist auch über den Widerstand R5 mit
einem Massepotential verbunden. Die Eingangsseite des
Widerstands R4 ist über eine abnormale
Spannungs-Detektionsschaltung G2 geerdet und ist über den Widerstand R6 mit der
Stromversorgung Vcc verbunden.
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Die Schalterstromkreise I1 und I2 dienen dazu,
Gleichstrom- oder Wechselstrom-Kurzschließen der oben genannten
zwei Anschlußstellen auf eine feste Spannung zu bewirken und
die abnormalen Spannungs-Detektionsschaltungen G1 und G2
werden so ausgebildet, daß sie die Schalterstromkreise I1
bzw. 12 schließen, wenn sie einen Anstieg der Spannungen der
Übertragungsleitungen A und B über zugeordnete vorbestimmte
Spannungen detektieren. Die Kombination des
Schalterstromkreises I1 und der Detektionsschaltung G1 bzw. der
Kombination des Schalterstromkreises I2 und der Detektionsschaltung
G2 bilden Impedanz-Veränderungsmittel.
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Die Schaltung der Fig. 15 arbeitet wie folgt:
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Die Spannungen der Übertragungsleitungen A und B sind
normalerweise nahe dem Massepotential bzw. der
Stromversorgungsspannung Vcc aufgrund des relativ geringen Widerstands
der Vorspann-Widerstände R7 und R8. In solchen Fällen werden
die abnormalen Spannungs-Detektionsschaltungen G1 und G2
nicht betrieben. Die Übertragungsleitungen A und B sind
jeweils mit dem Massepotential und der Stromversorgung Vcc
über die Widerstände R5 und R6 mit relativ hohem Widerstand
und auch mit der Wechselstrom-Koppel-Empfängerschaltung über
die Widerstände R3 bzw. R4 mit relativ geringem Widerstand
verbunden. Somit arbeitet die Schaltung in derselben Weise
wie die Empfängerschaltung der Fig. 2.
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Wenn die Übertragungsleitung A z. B. bei einer Position
entsprechend dem Symbol "S" unterbrochen wird, wird das
Potential an der Anschlußstelle zwischen dem Widerstand R6 und
der abnormalen Spannungs-Detektionsschaltung G2 über den
Widerstand R6 auf ungefähr die Stromversorgungs-Spannung Vcc
erhöht. Dementsprechend wird die Detektionsschaltung G2 so
betrieben, daß sie den Schalterstromkreis I2 schließt. Der
Betrieb der Empfängerschaltung ist danach derselbe wie im
Fall, wo eine der Übertragungsleitungen auf Massepotential
kurzgeschlossen wird, was in bezug auf Fig. 2 beschrieben
wurde, wodurch ein Signalempfang möglich ist. Die
Empfängerschaltung führt eine ähnliche Operation durch, wenn die
Übertragungsleitung B unterbrochen ist, jedoch mit der
umgekehrten Polarität der Schaltung, wodurch auch ein
Signalempfang ermöglicht wird.
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Fig. 16 zeigt ein Beispiel der Schalterstromkreise I1
und I2 und der in Fig. 15 gezeigten abnormalen
Spannungs-Detektionsschaltungen G1 und G2.
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Bei der Anordnung der Fig. 16 ist ein Emitter eines
Transistors Tr32 mit der Stromversorgung Vcc verbunden und
ein Kollektor davon ist über einen Kondensator C5 mit einer
Seite des Widerstands R3 nahe dem Kondensator C1 und über
einen Widerstand R53 auch mit dem Massepotential verbunden.
Zwischen dem Widerstand R3 und der Stromversorgung Vcc ist
ein Spannungsteiler mit Widerständen R51 und R52 angeordnet
und die Anschlußstelle zwischen den Widerständen R51 und R52
ist mit der Basis des Transistors Tr32 und auch über den
Kondensator C6 mit dem Kollektor desselben Transistors Tr32
verbunden. Der Transistor Tr32, die Kondensatoren C5 und C6
und der Widerstand R53 bilden den Schalterstromkreis 11 und
die Widerstände R51 und R52 bilden die abnormale Spannungs-
Detektionsschaltung G1.
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Ein Emitter eines Transistors Tr31 ist geerdet und ein
Kollektor davon ist über den Kondensator C3 mit einer Seite
des Widerstands R4 nahe dem Kondensator C2 verbunden und
auch mit der Stromversorgung Vcc über einen Widerstand R43
verbunden. Ein aus Widerständen R41 und R42
zusammengesetzter Spannungsteiler ist zwischen dem Eingangsanschluß des
Widerstands R4 und dem Massepotential verbunden und die
Anschlußstelle zwischen diesen Widerständen R41 und R42 ist
mit der Basis des Transistors Tr31 und auch über den
Kondensator C4 mit dem Kollektor desselben Transistors verbunden.
Der Transistor Tr31, die Kondensatoren C3 und C4 und der
Widerstand R43 bilden den Schalterstromkreis 12, und die
Widerstände R41 und R42 bilden die abnormale
Spannungs-Detektionsschaltung G2.
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Wenn die Übertragungsleitung A richtig verbunden ist,
ist deren Spannung niedrig und dementsprechend ist der
Basisstrom durch die durch die Widerstände R41 und R42
geteilte Spannung gegeben, wodurch der Transistor Tr31
abgeschaltet wird. Wenn die Übertragungsleitung A an der dem Symbol
"S" entsprechenden Position unterbrochen ist, fließt ein
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Strom von der Stromversorgung Vcc zu der Basis des
Transistors Tr31 über den Widerstand R6, wodurch der Transistor
Tr31 angeschaltet wird. Folglich wird die Eingangsseite des
Kondensators C2 nahe des Transistors Tr1 mit dem
Massepotential kurzgeschlossen und dementsprechend wird die
Anschlußstelle zwischen dem Widerstand R4 und dem Kondensator C3 mit
Wechselstrom an das Massepotential durch den Kondensator C3
kurzgeschlossen.
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Der Kondensator C4 hat die Funktion, den obengenannten
Wechselstrom-Kurzschluß-Zustand der Anschlußstelle für eine
gewisse Zeit zu erhalten, nachdem die Spannung von einem
abnormalen Wert auf den normalen Pegel zurückgeht. Deshalb
dient der Kondensator im Fall, daß der unterbrochene Zustand
und der normale Zustand der Übertragungsleitung A
abwechselnd in kurzen Zeitintervallen wiederholt werden, dazu, den
Kurzschlußzustand der obengenannten Anschlußstelle
beizubehalten und dadurch zu ermöglichen, daß die
Empfängerschaltung Signale empfängt.
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Fig. 17 zeigt eine Modifikation der Schaltung der Fig.
15, bei der Übertragungsleitungen A und B mit einer
Empfängerschaltung derselben Art wie in Fig. 2 gezeigt, über eine
Emitterverstärker-Schaltung, verbunden sind, um die Impedanz
zu reduzieren, um hierdurch eine normale Übertragung selbst
dann zu ermöglichen, wenn eine der Übertragungsleitungen
unterbrochen ist. In Fig. 17 ist eine Basis eines Transistors
Tr3 mit einem Eingangsanschluß der Empfängerschaltung, ein
Kollektor davon mit der Stromversorgung Vcc und ein Emitter
davon über einen Widerstand R52 mit dem Massepotential
verbunden. Der Emitter des Transistors Tr3 ist auch mit einem
Eingangsanschluß (-) des Komparators C über den Kondensator
C1 verbunden. Eine Basis des Transistors Tr4 ist mit dem
anderen Eingangsanschluß der Empfängerschaltung, ein Emitter
davon über einen Widerstand R51 mit der Stromversorgung Vcc
verbunden und ein Kollektor davon ist geerdet. Der Emitter
des Transistors Tr4 ist auch mit dem anderen
Eingangsanschluß (+) des Komparators C über den Kondensator C2
verbunden.
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Während des normalen Betriebs gelangen
Übertragungssignale durch die Emitterverstärker-Schaltung ohne Änderung
deren Wellenform und dementsprechend arbeitet die
Empfängerschaltung normal. Wenn die Übertragungsleitung A an der
Position entsprechend dem Symbol "S" unterbrochen ist, wird
der Transistor Tr4 abgeschaltet. Die Impedanz der
Anschlußstellen L und M wird jedoch von den Widerständen R51 und R52
herabgesetzt und somit arbeitet der Empfänger danach auf
dieselbe Weise, wie wenn eine der Übertragungsleitungen mit
dem Massepotential kurzgeschlossen wird, um einen
Signalempfang zu ermöglichen. In der Zwischenzeit müssen Widerstände
nicht notwendigerweise als Elemente R51 und R52 verwendet
werden, stattdessen kann z. B. eine konstante Stromversorgung
oder dergleichen angeschlossen werden.
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Wie oben beschrieben sind die
Impedanz-Veränderungsmittel vor (an der Eingangsseite) der Empfängerschaltung mit
dem Kondensator angeordnet, der dazu dient, eine
Gleichstrom-Komponente auszuschalten, um einen Signalempfang
selbst dann zu ermöglichen, wenn eine der
Übertragungsleitungen auf Massepotential kurzgeschlossen wird. Indem somit
die Impedanz-Veränderungsmittel verwendet werden, um die
Impedanz zu reduzieren, ist es möglich, eine
Empfängerschaltung zu erhalten, die Signale selbst dann empfangen kann,
wenn eine der Übertragungsleitungen unterbrochen ist.
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Danach wird eine Sender/Empfänger-Schaltung gemäß einer
vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in bezug
auf Fig. 18 beschrieben. Diese Sender/Empfänger-Schaltung
ist dazu vorgesehen, eine normale Signalübertragung selbst
im Falle eines Auftretens von Schwierigkeiten verschiedener
Art sicherzustellen, z. B. selbst wenn die Spannung einer der
Übertragungsleitungen auf ein konstantes Potential
festgelegt
ist, erfolgt ein Kurzschluß zwischen den zwei
Übertagungsleitungen oder eine der Übertragungsleitungen wird
unterbrochen. Die Sender/Empfänger-Schaltung weist eine
Senderschaltung, die ähnlich zu der der Fig. 11 ist, eine
Emitterverstärker-Schaltung, die wie in Fig. 11 vorgespannt ist
und Transistoren Tr3 und Tr4 wie in der Anordnung der Fig.
17 und eine Empfängerschaltung mit einer im wesentlichen zu
der der Fig. 2 identischen Anordnung auf. Die
Empfängerschaltung beinhaltet Wechselstrom-Koppel-Kondensatoren C1
und C2 und eine nichtlineare Schaltung N für
Spannungsbegrenzung auf und ist dafür ausgebildet, einen Signalempfang
selbst dann zu ermöglichen, wenn eine der
Übertragungsleitungen auf eine konstante Spannung kurzgeschlossen wird.
Wenn zwischen den Sende- und Empfangsknoten eine
Massepotentialdifferenz existiert, sinkt das Massepotential der
Empfängerschaltung und somit steigt das Potential an einem Ende
des Widerstands R7 entfernt von dem Transistor Tr12 auf
einen höheren Wert als die Stromversorgungs-Spannung, wodurch
die Möglichkeit entsteht, daß die
Emitterverstärker-Schaltung nicht richtig betrieben wird. Um diese unangenehme
Situation zu eliminieren, werden Dioden zum Erzeugen eines
Spannungsabfalls vor der Emitterverstärker-Schaltung
eingefügt. Referenzsymbole J1 und J2 bezeichnen konstante
Stromverläufe.
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Die Emitterverstärker-Schaltung der Fig. 18 arbeitet
ähnlich zu der zuvor genannten abnormalen
Spannungs-Detektionsschaltung G und Schalterstromkreis I, um eine
Signalübertragung im Falle eines Kurzschlusses zwischen den
Übertragungsleitungen zu ermöglichen. Wenn z. B. die Spannung an
einem Anschluß des Widerstands R7 steigt, wird der Transistor
Tr4 abgeschaltet, wodurch die Kollektorspannung des
Transistors Tr4 auf die Stromversorgungs-Spannung durch den
konstanten Stromverlauf J1 festgelegt ist. Selbst wenn eine der
Übertragungsleitungen unterbrochen wird, um einen Zustand
von hoher Impedanz des entsprechenden Eingangsanschlusses zu
bewirken, z. B. wenn die Übertragungsleitung A unterbrochen
ist, wird die Eingangsspannung über den Widerstand R6 erhöht
und somit ist eine Signalübertragung möglich. Wenn eine
Mehrzahl von Empfängerschaltungen, Senderschaltungen und
Vorspann-Schaltungen gemäß der vorliegenden Erfindung
parallel in den Übertragungsleitungen angeordnet sind, können sie
ohne jegliche Unannehmlichkeiten betrieben werden.