DK143627B - Koblingskreds til overfoering af datasignaler med stor hastighed - Google Patents

Description

(19) DANMARK (WJ

* \Ra/

0 (12) FREMUEGGELSESSKRIFT od 143627 B

DIREKTORATET FOR PATENT- OG VAREMÆRKEVÆSENET

(21) Ansøgning nr. 4838/78 (51) lnt.CI.3 Η 06 B 3/50 (22) Indleveringsdag 30· okt. 1978 (24) Løbedag 30. okt. 1978 (41) Aim. tilgængelig 1 . maj 1980 (44) Fremlagt 14. s ep. 1981 (86) International ansøgning nr. -(86) international indleveringsdag -(85) Videreførelsesdag -(62) Stamansøgning nr. -(30) Prioritet - (71) Ansøger CHRISTIAN R0VSING A/S, 2750 Ballerup, DK.

(72) Opfinder Asbjørn Smitt, DK.

(74) Fuldmægtig Patent bureauet Hof man-Bang & Boutard.

(54) Koblingskreds til overføring af datasignaler med stor hastighed.

Opfindelsen vedrører en koblingskreds til overføring af datasignaler med stor hastighed fra en datasender til en for flere datasendere fælles busledning. Opfindelsen vedrører specielt koblingskredse for datasendere, som kan vare anbragt langt fra hinanden, hvilket medfører, at der kan herske store potentialforskelle mellem de enkelte datasendere, og det er derfor nød- 0 vendigt, at datasenderne er galvanisk adskilt fra den lange busledning ved hjælp af skilleorganer, og at datasignalet sen- O des på busledningen i form af et differenssignal.

0 t 2 143627 Nærmere betegnet angår opfindelsen således en koblingskreds til overføring af data med stor hastighed fra en datasender til en for flere datasendere fælles busledning, og hvor der findes skilleorganer til galvanisk adskillelse af hver datasender fra busledningen og til at overføre et udgangssignal fra datasenderen til en signaludgang via mellem signaludgangen og skilleorganerne anbragte afbryderorganer.

Når en enkelt ud af mange til samme busledning forbundne datasendere skal udsende datasignaler, må de ikke-sendende enheder ikke belaste busledningen nævneværdigt, og det er derfor nødvendigt, at hver sender foruden at have to logiske sendetilstande, hvor den tilhørende generatorimpedans er lav, endvidere har en tredie tilstand, som i det følgende vil blive betegnet "høj-impedans tilstand", hvor senderen har høj udgangsimpedans, når den ikke sender datasignaler.

Fra beskrivelsen til tysk offentliggørelsesskrift nr. 2 702 209 kendes et eksempel på optiske skilleorganer. Disse har den ulempe, at de ikke kan overføre effekt og at busledningen skal være aktiv, dvs. føre forsyningsstrøm til fototransistorerne. Til de fleste anvendelser foretrækkes en transformer, idet der normalt ønskes højere signaludsving på busledning end den forsyningsspænding, som de fleste logiske kredsløb er indrettet til, men til anvendelser, hvor en optransformering ikke er nødvendig, vil skilleorganerne være billigere i form af et kondensatorpar. I det følgende vil beskrivelsen fortrinsvis blive forklaret i forbindelse med en transformer som skilleorgan.

Der kendes koblingskredse, hvor transformerens ene vikling er direkte forbundet til busledningen, medens transformerens anden vikling er forbundet til en drivkreds, som med henblik på at tilvejebringe højimpedanstilstanden udviser høj udgangsimpedans, når der ikke sendes datasignaler. Denne teknik kan imidlertid kun benyttes i forbindelse med datasignaler med stor hastighed, hvis der blot findes nogle ganske få kredsløb af denne art forbundet til den fælles busledning. Ganske vist skulle den 3 143627 høje udgangsimpedans i sendekredsløbets højimpedanstilstand transformeres gennem transformeren til en tilsvarende høj udgangsimpedans, men på grund af den høje sendefrekvens vil transformerens jernkerne give anledning til en kraftig belastning af busledningen. Ved mange anvendelser, såsom til multi-plexanlæg, hvor enhederne skiftevis udsender mange kortvarige datablokke, ønskes en omkoblingstid for koblingskredsen, som er flere størrelsesordener mindre end omkoblingstiden for relæer, hvorfor der heller ikke kan anvendes relæteknik til formålet .

Formålet med opfindelsen er at angive en hurtigt reagerende koblingskreds, som kan overføre datasignaler fra en datasender til en for mange sendere fælles busledning, og som medfører en effektiv højimpedans tilstand, d.v.s. at der kan tilkobles mange koblingskredse ifølge opfindelsen til en fælles busledning, uden at de belaster busledningen nævneværdigt, når der ikke sendes datasignaler.

Dette formål opnås ved, at de nævnte skilleorganer er effektoverførende, og at de nævnte afbryderorganer omfatter mellem hver af signaludgangens ledere og skilleorganerne forbundne halvlederaf-brydere, som hver er indrettet til alene at blive drevet i en transmitterende tilstand af det fra data senderen gennem skilleorganerne tilførte datasignal, når der hersker et sådant datasignal. Derved afbrydes der på et sådant sted i kredsløbet, at transformerens jernkerne eller anden belastning via en skillekondensator ikke medfører den ovenfor beskrevne ulempe. Ved at de nævnte afbrydere aktiveres alene af det fra datasenderen gennem skilleorganerne tilførte datasignal bevares den ønskede, galvaniske adskillelse, som f. eks. ikke kunne opnås ved at anbringe drivtransistorer på afbrydernes plads uden særskilte midler til jservn-strømsforsyning af drivtransistorerne. Det er således et karakteri-tisk træk ved koblingskredsen ifølge opfindelsen, at den kan opvise en effektiv højimpedans tilstand uden hensyn til datasenderens udgangsimpedans, når der ikke sendes datasignaler, og at den ikke skal forbindes til en strømforsyning.

Den nævnte halvlederafbryder vil fortrinsvis være et transistorapparat, hvis styreelektrode er forbundet over skilleorganernes udgang via et ensretterkredsløb, som anført i krav 2, hvor styreelektroden ikke medfører nævneværdig belastning.

4 143627

Ved at benytte en felteffekttransistor, som angivet i krav 3, simplificeres transistorapparatet væsentligt, idet en felt-effekttransistor er bipolar og således specielt hensigtsmæssig i forbindelse med den differentielle drift, hvor strømmen løber i begge retninger.

Af hensyn til sendeeffekten vælges sådanne transistorer, som foruden at udvise stor modstand i den afbrudte tilstand kan føre en stor strøm i åben tilstand, hvilket f.eks. er tilfældet for de såkaldte V-MOS felteffekttransistorer.

Da et som afbryder brugt halvlederelement ikke udviser uendelig stor modstand i den afbrudte tilstand, vil en sender kunne opbygge en spænding over en anden senders ensretterkredsløb for transistorapparatet, hvis skilleorganerne i en arbejdstil-stand har høj udgangsimpedans. Den nævnte spænding vil kunne medføre en forringelse af transistorapparatets seriemodstand, hvilket fører til endnu højere spænding over ensretterkredsløbet, således at den førstnævnte, sendende enhed vil kunne drive en anden enheds koblingskreds i åben tilstand. Dette undgås ved hjælp af de i krav 4 angivne foranstaltninger, idet belastningsmodstandens resistans er valgt tilpas lavere end transistorapparatemes resistans i disse afbrudte tilstand.

Koblingskredsen ifølge opfindelsen medfører således på en gang kort omkoblingstid, mulighed for relativ stor sendeeffekt, opnåelse af højimpedanstilstand uafhængigt af datasenderens og skilleorganernes konstruktion, og er derfor et afgrænset, generelt brugbart kredsløb med få komponenter, der ikke kræver strømforsyning.

Opfindelsen vil blive nærmere forklaret ved den følgende beskrivelse af en udførelsesform, idet der henvises til tegningen, hvor fig. 1 viser en udførelsesform for koblingskredsløbet ifølge opfindelsen forbundet mellem en busledning og en sendedrivkreds med en transformer som skilleorgan, medens fig. 2 viser en anden sendedrivkreds med kondensatorer som skilleorgan.

5 143627 På fig. 1 er vist en udførelsesform for koblingskredsen 1 ifølge opfindelsen anbragt mellem et i og for sig kendt drivkredsløb 2 og en busledning 3, som består af en skærm 4 og to snoede inder-ledere 3 og 6, som er forbundet til hver sin af koblingskredsen l's udgangsklemmer.

Inden selve koblingskredsen beskrives, skal der først gives en kort forklaring af virkemåden for drivkredsløbet 2, specielt i relation til den såkaldte højimpedanstilstand, som refererer til, at udgangsimpedansen for drivkredsen 2 kan bringes til at være høj i afhængighed af et styresignal T på drivkredsens indgang. Drivkredsen 2 har to andre indgange, henholdsvis D og D, hvortil der føres de datasignaler (og de konjugerede signaler), som skal udsendes på busledningen 3· Hvis tilstanden på indgangsklemmen T er logisk et, vil det kunne ses, at datasignalerne D og D transmitteres direkte gennem AND-sluserne, henholdsvis 7 og 8 til skiftevis at drive transistorerne 9, 11, henholdsvis 10, 12 i ledende, henholdsvis afbrudt tilstand, hvorved der skiftevis løber strøm i transformeren 13's to primærviklinger. De ikke nærmere betegnede dioder på figuren tjener på kendt måde til at beskytte transistorerne 11, 12, medens de ikke nærmere betegnede modstande på kendt måde tjener til korrekt forspænding af kredsløbet. Hvis tilstanden på indgangsklemmen T ændres til at være logisk nul, vil data ikke blive ført gennem AND-sluséme 7 og 8, således at transistorerne ikke leder. Drivkredsløbet 2 trækker derfor kun ringe strøm, når der ikke udsendes data, og i denne tilstand er endvidere udgangsimpedansen for drivkredsløbet 2 set ind i transformeren 13*s sekundærvikling 14 høj.

Ifølge opfindelsen er koblingskredsen 1 indrettet til at tilvejebringe en afbrydelse mellem busledningen 3 og transformeren 13 på en sådan måde, at styringen heraf kan foregå meget hurtigt og på galvanisk adskilt måde i forhold til drivkredsen 2.

Denne afbrydelse tilvejebringes ved den viste udførelsesform ved hjælp af to felteffekttransistorer 15» 16, hvis drænelektroder er forbundet til de respektive ledere, henholdsvis 5 og 6, og hvis kildeelektroder er forbundet til viklingen 14's respek- 143627 6 tive ender. Transistoren 15’s styreelektrode er forbundet til et ensretterkredsløb omfattende en diode 17 og en kondensator 19, medens transistoren 16’s styreelektrode er forbundet til et tilsvarende ensretterkredsløb omfattende en diode 18 og en kondensator 20. Når drivkredsløbet 2 sender datasignaler via transformeren 13 opbygges der en styrespænding i forbindelsespunkterne mellem dioden og kondensatoren, henholdsvis 17, 19 og 18, 20, hvilken styrespænding driver felteffekttransistorerne 15, 16 i ledende tilstand, hvor de uafhængigt af polariteten udviser en modstand på nogle få ohm, således at datasignalerne transmitteres direkte til busledningen 3· Når drivkredsen 2 ikke sender datasignaler, frembringes der ingen styrespænding til transistorerne 15 og 16, som derfor er i afbrudt tilstand, hvor der udvises en så stor modstand, at koblingskredsen 1 ikke medfører nævneværdige belastning af busledningen 3·

Koblingskredsen ifølge opfindelsen udmærker sig specielt ved foruden de allerede nævnte egenskaber at kunne skifte meget hurtigt mellem den åbne (lille modstand) og den lukkede (store modstand) tilstand. Hvis datahastigheden f.eks. er af størrelsesordenen 10 bit pr. sekund, tager det kun nogle få bits varighed at få transistorerne 15 og 16 til at åbne. I praksis kan dette gøres ved, at den datablok, som ønskes udsendt til busledningen 3 via koblingskredsen 1 forudgås af et kortvarigt bitmønster, som i afhængighed af datarepræsentationen medfører et tilstrækkeligt antal polaritetsskift, således at koblingskredsen er i fuld åben tilstand, når datablokkens kendingsflag skal udsen des. Når datatransmissionen er slut, skifter koblingskredsen ligeledes meget hurtigt til den lukkede tilstand i afhængighed af den tidskonstant, der er valgt for kondensatoren 19 og en modstand 21 henholdsvis kondensatoren 20 og en modstand 22. Tidskonstanten er valgt således, at koblingskredsen kan holdes åben tilstrækkeligt længe i afhængighed af den valgte datarepræsentations polaritetsski'ft.

Når impedansen set ind i transformeren 13's vikling 14 som ovenfor forklaret er høj, når der ikke udsendes data, vil det kunne forstås, at et datasignal, som en anden enhed sender på busledningen 3, medens koblingskredsen 1 skal være i lukket tilstand, 7 143627 vil kunne frembringe en spænding over viklingen 14, da transistorerne 15 og 16's modstand ikke er uendelig stor i den lukkede tilstand. Derved kan der opstå fare for, at spændingen over viklingen 14 bliver så stor, at transistorerne 15 og 16 begynder at åbne, hvilket medfører en yderligere stigning af spændingen over viklingen 14, således at en sendende enhed til sidst vil kunne drive de andre til busledningen 3 forbundne koblingskredse i åben tilstand, hvor de vil medføre en ødelæggende stor belastning af den sendende enhed. Dette fænomen undgås ved en over viklingen 14 anbragt modstand 23, hvis resistans er bestemt således i forhold til transistorerne 15, 16’s resistans i disses afbrudte tilstande, at styrespændingen ikke kan overstige en forudbestemt værdi.

Ved den viste udførelsesform opnås styrespaandingeme til transistorerne 15 og 16 ved ensretterkredsløb, som er direkte forbundet over transformatorens 13 vikling 14. Det vil kunne forstås, at der kan tilvejebringes en lavere eller højere styrespænding ved hjælp af et specielt udtag på viklingen 14 eller ved hjælp af særskilte viklinger, men ved at konstruere koblingskredsen som angivet på figuren opnås den fordel, at den kun har to indgangsklemmer, som kan forbindes direkte til viklingen 14, således at koblingskredsen ifølge opfindelsen er særdeles velegnet til fremstilling som et integreret kredsløb, som ikke skal forbindes til en strømforsyning, men blot har to indgangsklemmer og to udgangsklemmer til indkobling mellem transformeren og busledningen.

Kredsløbets generelle anvendelse fremgår også af, at det er u-afhængigt af, hvilke effektoverførende skilleorganer, der anvendes i forbindelse med datasencleren. Som eksempel på en datasender med skillekondensatorer vil det på fig. 2 viste kredsløb kort blive forklaret.

Fig. 2 viser en datasender med skilleorganer i form af to kondensatorer 24 og 25, som er forbundet til hver sin indgangsklemme henholdsvis 26 og 27 af den på fig. 1 viste koblingskreds 1, hvis udgangsklemmer 28 og 29 kan forbindes til den på fig. 1 viste busledning 3. Datasenderen har som den på fig. 1 viste datasender to AND-sluser 30, 31 med indgange for et styresignal T og for datasignaler D og D. Når der sendes data, vil transistorerne 32 og 143627 8 33 skiftevis være ledende og afgive datasignaler til koblingskredsen 1, Dette kan indses, idet det f.eks. antages, at transistoren 32 skifter fra afbrudt til ledende tilstand, hvilket medfører, at der foruden en jævnstrøm gennem modstanden 34 trækkes en strømimpuls gennem modstanden 35 gennem kondensatoren 25» koblingskredsen 1 og kondensatoren 24. Disse strømimpulser driver transistorapparaterne i koblingskredsen 1 til åben tilstand, hvorved datasignalerne overføres til busledningen. Når styresignalet T er logisk nul, overføres der ikke datasignaler, og datasenderens udgangsimpedans set fra klemmerne 26 og 27 vil ved signalsendefrekvensen i det væsentlige være lig med modstandenes 34 og 35 parallelresistans. Da der imidlertid ikke udsendes data, vil transistorapparaterne være afbrudte, således at udgangsimpedansen på klemmerne 28 og 29 er høj, således som det ønskes, uafhængigt at modstandene 34 og 35's resistans. Den på fig. 2 viste datasender har den ulempe, at der afsættes effekt i modstandene 34 og 35» når der udsendes data, og modstandene 34 og 35 kan derfor med fordel erstattes af transistorelementer, men eksemplet viser til gengæld, at koblingskredsen ifølge opfindelsen også fungerer i tilfælde, hvor datasenderen er meget simpel og ikke i sig selv udviser en højimpedanstilstand.