DE9209246U1

DE9209246U1 - Anordnung zum Ankoppeln eines Teilnehmers an die Busleitung eines Bussystems, insbesondere für den Einsatz im Bergbau unter Tage

Info

Publication number: DE9209246U1
Application number: DE9209246U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1992-07-09
Filing date: 1992-07-09
Publication date: 1992-09-17
Anticipated expiration: 2002-07-10

Description

Siemens Aktiengesellschaft

Anordnung zum Ankoppeln eines Teilnehmers an die Busleitung eines Bussystems, insbesondere für den Einsatz
im Bergbau unter Tage

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Ankoppeln eines Teilnehmers an die Busleitung eines Bussystems, insbesondere für den Einsatz im Bergbau unter Tage, mit einem
Sender und mit einem Empfänger.

An Bussysteme, die im Bergbau unter Tage eingesetzt werden sollen, werden spezielle Anforderungen gestellt, insbesondere hinsichtlich der Eigensicherheit. Eng mit der Eigensicherheit verknüpft ist der Stromverbrauch. Um den Gesamtstromverbrauch niedrig zu halten, steht die Eliminierung des Stromverbrauchs der einzelnen Teilnehmer im
Vordergrund.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art zum Ankoppeln eines Teilnehmers an die
Busleitung eines Bussystems zu schaffen, die sich durch

geringen Stromverbrauch auszeichnet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel veranschaulicht ist, werden im folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Weiterbildungen näher beschrieben und erläutert.

In Figur 1 ist das Schaltbild des Ausführungsbeispiels

dargestellt.

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Figur 2 verdeutlicht die Funktion des Ausführungsbeispiels.

An eine Busleitung BL ist über Ankopplungswiderstande R,, R₂ und einen Übertrager U eine Schaltung angeschlossen, die aus einem in Figur 1 im oberen Teil dargestellten Sender und einem im unteren Teil gezeichneten Empfänger besteht. Das übersetzungsverhältnis des Übertragers ist so gewählt, daß er einerseits einen ausreichenden Signalhub auch auf niederohmigen Busleitungen BL erzeugt, daß aber auch andererseits der Eingangswiderstand der Sende-/ Empfangsschaltung auf der Busleitungsseite ausreichend hoch ist. Ein einheitlicher Signalpegel an Busleitungen mit sehr unterschiedlichen Wellenwiderständen kann durch geeignete Wahl der Ankopplungswiderstande R₁, R₂ erreicht werden. Als Spannungsbegrenzung und Überspannungsschutz dient eine Diodenkombination D,, bestehend aus zwei Reihenschaltungen aus je einer Zenerdiode und einer normalen Diode.

Für die Übertragung der Daten auf der Busleitung BL ist ein Verfahren angewandt, bei dem die Information in der Lage der Nulldurchgänge liegt. Es ist daher notwendig, die Nulldurchgänge im Empfänger möglichst exakt zu reproduzieren. Die Empfängerschaltung ist weitgehend symmetrisch aufgebaut, damit trotz einer aus Gründen der Stromersparnis hochohmigen Dimensionierung Signalverzerrungen möglichst ausgeschlossen sind. Die Symmetriehälften enthalten jeweils eine der Sekundärwicklungen W^, W,-¹ des Übertragers U. Die an diesen auftretenden Signale werden über je einen Widerstand R^, R₃ ¹ einer Pufferstufe, bestehend aus einem Emitterfolger TS, TS,¹ mit hochohmigem Eingang, zugeführt. Eine Diodenanordnung D₂ im Eingangskreis der Emitterfolger begrenzt den Wechselspannungshub.

Für die Aufbereitung der Signale ist dies ohne Belang, da ohnehin nur die Nulldurchgänge informationstragend sind. Den Pufferstufen folgen, von Kondensatoren C,, C,¹ galva-

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nisch entkoppelt, Hochpaßfilter C₂, R₄, R₅ bzw. C₂ R₅ ¹, welche die bei großen Leitungslängen auftretenden Verzerrungen kompensieren sollen. Diese Hochpaßfilter dienen gleichzeitig zur Arbeitspunkteinstellung von Komparatoren COM, COM¹. Über die Querwiderstände R₅, R₅ ¹ liegen nämlich die Netzwerke auf einem virtuellen Massepotential, das mit Hilfe einer Zenerdiode Z, erzeugt wird und etwa gleich der halben Versorgungsspannung U₅ ist. Die Komparatoren COM, COM¹ übernehmen die Rechteckformung der Signale. Jeder Komparator arbeitet bei positiven Flanken der Signalpegel als Nulldurchgangsdetektor, während bei negativen Signalwechseln eine Hysterese wirksam ist, die durch Einfügen von Dioden D,, D,¹ in den Mitkopplungszweig erreicht wird. Damit ist die Mitkopplung nur dann wirksam, wenn der Komparatorausgang bezüglich dem virtuellen Massepotential auf negativem Potential liegt. Die Ausgangssignale der beiden Komparatoren werden über Inverter I, I¹ Differenziergliedern C₃, R^ bzw. C₃ ¹, R^¹ zugeführt, an die eine aus zwei NOR-Gliedern NR,, NR^ ' aufgebaute bistabile Kippstufe angeschlossen ist. Diese wird mit den hinter den Differenziergliedern abwechselnd auftretenden Impulsen geschaltet, so daß an ihrem Ausgang das regenerierte Eingangssignal abgegriffen werden kann.

Für den Betrieb der nachfolgenden Signalauswerteschaltung muß in vielen Fällen ein sogenanntes Silence-Signal bereitgestellt werden. Zur Erzeugung dieses Signals sind den Komparatoren zwei nachtriggerbare monostabile Kippstufen MF, MF¹ nachgeschaltet, deren Zeitkonstante größer als die längste Periodendauer der die Informationen enthaltenden Ausgangssignale der Komparatoren ist. Sie werden daher von den Impulsflanken, z. B. von den positiven Flanken, ständig nachgetriggert. Ihre Zeitkonstante ist zweckmäßig etwa 50 % größer als eine Schwingungsperiode des Eingangssignals bei der niederen Frequenz. Ihre Ausgänge sind in einem NAND-Glied NA, so verknüpft, daß an einem Ausgang A₂ "H"-Signal abgegeben wird, sobald eine der beiden mono-

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stabilen Kippstufen abgefallen ist. Bei Eintreffen eines Signals wird mit der ersten positiven Flanke des einen Inverters die erste monostabile Kippstufe und mit der folgenden positiven Flanke am anderen Inverter die zweite Kippstufe gesetzt und damit das Signal am Ausgang A₂ auf "L" gesetzt.

Das Ausgangssignal des NAND-Gliedes NA^ wird zur besseren Beobachtbarkeit des Ausgangssignals des NOR-Gliedes NR, mit diesem in einem NOR-Glied NR₂ verknüpft. In den Signalpausen sorgt das Ausgangssignal des NAND-Gliedes NA^ dann dafür, daß das Signal am Ausgang A^ dauerhaft auf "L" liegt.

Der symmetrische Aufbau der gesamten Empfängerschaltung bewirkt, daß trotz einer aus Stromersparnisgründen hochohmigen Dimensionierung Signalverzerrungen weitgehend ausgeschlossen sind. Auch brauchen keine Spezialschaltkreise eingesetzt zu werden. Die Nulldurchgänge werden exakt erfaßt. Trotz der hochohmigen Lastwiderstände R₇, R₇ ¹ an den Komparatoren COM, COM¹, deren Hochohmigkeit notwendig ist, um den Stromverbrauch zu minimieren, treten keine Impulsbreitenverzerrungen auf. Durch Umdimensionieren der Mitkopplungsnetzwerke R_fi, R₉, Rg', R₉ ¹, insbesondere der Widerstände R₉, R₉ ¹, kann die Hysterese und damit auch die Empfindlichkeit der Empfängerschaltung verändert werden. Somit kann der Empfänger durch einfaches Umbestücken an unterschiedliche Einsatzfälle angepaßt werden.

Der Sender besteht im wesentlichen aus einer Gegentakttreiberstufe mit zwei Transistoren TS₂, TS₃, die von Signalen gesteuert werden, die zwei Eingängen E, , E₂ zugeführt werden. Mit dem Signal am Eingang E₂ wird der Sender aktiviert. Ist das Signal am Eingang E₂ "L", geben zwei diesem Eingang nachgeschaltete NAND-Glieder NA,, NA. jeweils "H"-Signal ab, das die Transistoren TS₂, TS₃ sperrt. Im Falle von "H"-Signal am Eingang E2 sind die

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NAND-Glieder NA,, NA. zur Steuerung durch das Signal am Eingang E, freigegeben. Dieses Signal wird vom NAND-Glied NA, unmittelbar dem NAND-Glied NA. über ein als Inverter dienendes NAND-Glied NA₂ zugeführt. Ist daher das dem Eingang E, zugeführte Signal "L", gibt das NAND-Glied NA₃ "H"-Signal und das NAND-Glied NA₄ "L"-Signal ab, so daß der Transistor TS, durchgeschaltet und der Transistor TS₇ gesperrt ist. Umgekehrt werden bei "H"-Signal am Eingang E-, der Transistor TS-, gesperrt und der Transistor TS₂ durchgesteuert. Die beiden Transistoren werden daher im Gegentakt betrieben. An die Kollektoren der beiden Transistoren sind die Sekundärwicklungen W₅, W₅ ¹ des Übertragers U angeschlossen. An der Primärwicklung W_p tritt daher eine Spannung auf, die im wesentlichen vom Über-Setzungsverhältnis des Übertragers U und der Versorgungsspannung der Transistoren TS₂, TS, abhängig ist. Induktionsspannungsspitzen werden von der Diodenanordnung D, begrenzt. Schottky-Dioden D., D₅, die den Basis-Kollektor-Strecken der Transistoren TS_?, TS-, parallelgeschaltet sind, verhindern, daß die Transistoren in die Sättigung gehen und verbessern so deren Ausschaltverhalten. Dioden D,, D₇, die in den Kollektorkreisen der Transistoren TS₂, TS₃ liegen, schützen die Transistoren vor zu hohen, von außen eingespeisten Spannungen. Zusätzlich reduzieren sie bei ausgeschalteten Transistoren TS₂, TS₃ die nach außen wirksame Impedanz der Treiberstufe. Basiswiderstände Ri_n, R^₁ begrenzen den Strom bei kurzgeschlossener Basis-Kollektor-Strecke und fungieren daher als reine Sicherheitswiderstände. Zwei Lumineszenzdioden LED,, LED₂ bewirken in Verbindung mit einem Emitterwiderstand R₁₂ eine Strombegrenzung, damit auch bei einer fehlerhaften statischen Ansteuerung der Strom durch die Ubertragerwicklungen begrenzt ist.

In Figur 2 ist anhand von Impulsdiagrammen die Funktion des Empfängers verdeutlicht. Die Diagramme a), d) zeigen die beiden gegenphasigen Eingangssignale, die an den

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beiden Sekundärwicklungen W₅, W₅ ¹ auftreten. Sie werden den Komparatoren COM, COM¹ zugeführt, deren Schaltschwellen in die Diagramme a), d) eingetragen und mit S,, S₂ bzw. S,¹, S₂ ¹ bezeichnet sind. Die Schwellen S,, S,¹ sind für die positiven Flanken des Eingangssignals wirksam, die Schwellen S₂, S₂ ¹ für die negativen. Der Abstand der Schaltschwellen, das ist die Hysterese der Komparatoren, ist durch die die Dioden D,, D,¹ enthaltende Mitkopplung bedingt. Die Ausgangssignale der Komparatoren sind in den Diagrammen b), e) veranschaulicht. Die negativen Flanken der Ausgangssignale der Komparatoren treten exakt in dem Zeitpunkt auf, in dem das Eingangssignal bei positiver Steigung die Schwelle S, bzw. S,¹ überschreitet. Die positiven Flanken treten beim Unterschreiten der Schwellen S₂, S₂ ¹ auf. Da die Schwellen S·,, S-, ' gleich dem mit der Zenerdiode Z-, eingestellten virtuellen Massepotential sind, geben die negativen Flanken der Ausgangssignale der Komparatoren exakt die Nulldurchgänge des von der Busleitung BL empfangenen Eingangssignals an. Die Ausgangssignale der Komparatoren werden differenziert und mit Dioden werden die negativen Impulse unterdrückt. Es bleiben dann nur die positiven differenzierten Impulse übrig, die den NOR-Gliedern NR,, NR,' zugeführt werden und die in den Diagrammen c) und f) dargestellt sind. Mit diesen Impulsen wird die bistabile Kippstufe geschaltet, deren Ausgangssignal im Diagramm g) gezeigt ist. Aus Figur 2 ist ersichtlich, daß dessen Flanken mit den Nulldurchgängen des Eingangssignals übereinstimmen und daß damit das Eingangssignal regeneriert ist. Da die beiden Symmetriehälften des Empfängers übereinstimmen, sind die Signallaufzeiten gleich, so daß zwar das regenerierte Signal gegenüber dem Eingangssignal verzögert sein kann, die Impulsbreiten sind jedoch unverändert.

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Claims

G 4424 Schutzansprüche

1. Anordnung zum Ankoppeln eines Teilnehmers an die Busleitung eines Bussystems, insbesondere für den Einsatz im Bergbau unter Tage, mit einem Sender und mit einem Empfänger, gekennzeichnet durch:

- einen Übertrager (U), dessen Primärwicklung (W_p) an die Busleitungen (BL) angeschlossen ist und der zwei Sekundärwicklungen gleicher Windungszahl (W₅, W^¹) mit Mittenanzapfung enthält, die auf Masse liegt,

- zwei gleiche Komparatoren (COM, COM¹), die je einer Sekundärwicklung (W₅, W₅ ¹) des Übertragers (U) nachgeschaltet sind,

- zwei Differenzierglieder (C₃, R₆; C₃ ¹, R₆ ¹), die jeweils an einen Komparator (COM, COM¹) angeschlossen sind,

- eine bistabile Kippstufe (NR₁, NR₁ ¹), die in Abhängigkeit der Flanken der Ausgangsimpulse der Komparatoren (COM, COM¹) geschaltet ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ,

- daß zwischen die Komparatoren (COM, COM¹) und die bistabile Kippstufe (NR₁, NR₁ ¹) je ein Differenzierglied (C₃, R₆; C₃ ¹, R₆ ¹) geschaltet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet ,

- daß den Komparatoren (COM, COM¹) je ein flankengesteuertes Zeitglied (MF, MF¹) nachgeschaltet ist, dessen Ausgangsimpuls eine Dauer hat, die größer als die Periodendauer, vorteilhaft kleiner als die doppelte Periodendauer des übertragenen Signals ist und mit deren Ausgangssignalen eine Torschaltung (NR₂) freigegeben ist, der ferner das Ausgangssignal der bistabilen Kippstufe (NR₁, NR₁ ¹) zugeführt ist.

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4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Komparatoren (COM, COM¹) je eine Diode (D₃, D₃ ¹) enthaltende Mitkopplung aufweisen.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

- daß den Komparatoren (COM, COM¹) eine Referenzspannung zugeführt ist, die etwa gleich der halben Speisespannung (U_B) ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

- daß zwischen die beiden Sekundärwicklungen (W,-, W ' ) des Übertragers (U) und die Komparatoren (COM, COM¹) jeweils ein Emitterfolger zwischengeschaltet ist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, - daß den Komparatoren jeweils ein Hochpaß-Entzerrungsnetzwerk (C₂, R., R₅; C₂ ¹, R₄ ¹, R₅') vorgeschaltet ist.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, - daß die Sekundärwicklungen (W₅, W₅ ¹) des Übertragers (U) an zwei im Gegentakt betriebene strombegrenzte Treibertransistoren (TS₂, TS₃) angeschlossen sind.

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