EP1238500A1 - Verfahren und anordnung zur überwachung der datenübertragung mittels differentiellen übertragungsverfahren mit gleichspannungsanteil - Google Patents

Verfahren und anordnung zur überwachung der datenübertragung mittels differentiellen übertragungsverfahren mit gleichspannungsanteil

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EP1238500A1
EP1238500A1 EP00990518A EP00990518A EP1238500A1 EP 1238500 A1 EP1238500 A1 EP 1238500A1 EP 00990518 A EP00990518 A EP 00990518A EP 00990518 A EP00990518 A EP 00990518A EP 1238500 A1 EP1238500 A1 EP 1238500A1
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EP
European Patent Office
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detector
receiver
transmitter
circuit arrangement
voltage
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP00990518A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Frank Siebler
Jörg Dauerer
Gerhard Steib
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00—Baseband systems
    • H04L25/02—Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
    • H04L25/08—Modifications for reducing interference; Modifications for reducing effects due to line faults ; Receiver end arrangements for detecting or overcoming line faults
    • H04L25/085—Arrangements for reducing interference in line transmission systems, e.g. by differential transmission

Definitions

  • the invention relates to a method for monitoring the transmission of analog or digital signals by means of differential transmission methods with a DC voltage component and a circuit arrangement for carrying out the method.
  • the analog or digital signal to be transmitted controls two outputs A and AN of the transmitter working in opposite directions.
  • output A acts as a current source
  • output AN serves as a current sink and vice versa.
  • the transmitter provides the current accordingly
  • the transmitter also provides a DC voltage component Uc.
  • this DC voltage component Uc is independent of the transmission and has a constant value that results in the axis of symmetry of the eye opening at the receiver input.
  • the difference between the input voltages UE and UEN is formed in the receiver. This voltage difference corresponds to the value Ud across the resistor R.
  • the difference is amplified and assigned to the logic states (0,1) after a threshold value decision.
  • the output of the receiver generates the logic state (1) if the difference between the input voltages UE and UEN is positive, for example. If the difference is negative
  • FIG. 1 shows a known circuit arrangement for carrying out a differential transmission method with a DC voltage component.
  • a meaningful data transfer between modules is only possible if the transmitter and the receiver are in their active operating state.
  • the transmitter either does not exist at all (e.g. a transmitter module was not used) or is de-energized (e.g. transmitter module was used but without supply voltage) or in a high-impedance state (e.g. the transmitter outputs are switched off) is.
  • the receiver is provided with a hysteresis.
  • the differential voltage formed in the receiver is fed to a threshold decision with this hysteresis.
  • the receiver receives a bias voltage through a suitably selected current flow through the resistor R.
  • the output of the receiver only remains in a stable state if the differential disturbance is less than the pre-set voltage.
  • the bias voltage results in a differential voltage amount dependent on the data Ud
  • the object of the invention is therefore to avoid the disadvantages described above and to minimize the effort required.
  • the object is achieved in that the DC voltage component generated by the transmitter for the differential transmission is used on the receiver side for information about the operating state of the transmitter.
  • the operating state of the transmitter is determined on the receiver side by means of a detector. If the transmitter is absent or inactive, the detector controls the output of the receiver so that a predetermined value is not exceeded or the receiver is switched off completely.
  • the detector is connected symmetrically between the resistance which generates the voltage difference in the receiver and compares the direct voltage component Uc generated by the transmitter with a reference voltage Uref.
  • the detector can be used as a differential amplifier with / without
  • Threshold value deciders can be formed, for example the detector can consist of a further receiver for differential data transmission or of transistor circuits in the form of bipolar or field effect transistor circuits.
  • an expanded detector can be connected to each transmission line, so that the input voltages of each transmission link can be compared and evaluated with a reference voltage of the detector, and the evaluation of the state of each line is supplied, for example, to an OR operation, the Output controls the receiver and / or other modules.
  • the detector can be formed from two differential amplifiers with / without threshold value decision and their OR combination, e.g. the detector can consist of two further receivers for differential data transmission or of transistor circuits in the form of bipolar or field effect transistor circuits.
  • the invention prevents high-frequency oscillation of the receiver and subsequent assemblies and prevents damage or destruction. Additional control lines, which provide information about the operating status of the transmitter, are not required.
  • the invention can be implemented in the form of circuits or, if necessary, can e.g. in the case of retrofits, be connected to the receiver as external wiring.
  • FIG. 1 An exemplary embodiment of the circuit arrangement according to the invention is shown in FIG.
  • the data to be transmitted are fed via the input to two outputs A and AN of the transmitter working in opposite directions and control the same.
  • the transmitter provides the current of the appropriate size and direction in order to generate the voltage Ud across the resistors R / 2.
  • the transmitter provides a DC voltage component Uc which is independent and constant from the transmission and which results in the axis of symmetry of the eye opening at the receiver input.
  • the difference between the input voltages UE and UEN is formed in the receiver, which corresponds to the total value across the resistors R / 2.
  • the detector is connected between the equally dimensioned resistors R / 2 and symmetrically loads the existing transmission path and compares the voltage Uc with a reference voltage Uref and controls the receiver.
  • the load ensures that a DC voltage component is only detected when the transmitter is in the active state.
  • the differential voltage amount is
  • the reference voltage should be selected so that disturbances in the DC voltage component Uc do not lead to an interruption in the data transmission.
  • the transmitter is not available or inactive, i.e. if it is switched off or high-impedance, the DC voltage component Uc falls below the reference voltage Uref.
  • the receiver is controlled by the detector so that e.g. the receiver output outputs a defined value or switches off the receiver.
  • the detector for example, as a differential amplifier with / without threshold value decider, for example as a further receiver for differential data transmission (see FIG. 3).
  • Bipolar or field effect transistor circuits see Figure 4 WO 01/45337 ⁇ PCT / DEOO / 04403
  • bipolar transistor circuit e.g. a "threshold decision" at approx. 0.7 V.
  • an improvement in the sensitivity to interference with respect to disturbances in the DC voltage component Uc can be achieved if, as in FIG. 5, the voltage Uc_Ud / 2 of each individual transmission line is compared and evaluated with a reference voltage Uref.
  • the evaluation of the condition of each individual line is e.g. an OR operation, the output of which is used to control the receiver and / or other modules.
  • the extended detector shown in FIG. 6 detects active data transmission even with a DC voltage component Uc ⁇ 0 V (e.g. caused by interference) as long as Uc + Ud / 2 and superimposed interference exceed the reference voltage Uref on at least one line.
  • a DC voltage component Uc ⁇ 0 V e.g. caused by interference
  • the minimum reference voltage Uref must be selected so that interference on each individual line when the transmitter is absent or inactive is reliably suppressed by the detector.

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Abstract

Durch das erfindungsgemässe Verfahren wird bei der Übertragung von Signalen mittels differentieller Übertragungsverfahren mit Gleichspannungsanteil der Gleichspannungsanteil auf der Empfängerseite zur Information über den Betriebszustand des Senders mittels eines Detektors verwendet.

Description

Beschreibung
Verfahren und Anordnung zur Überwachung der Datenübertragung mittels differentiellen Übertragungsverfahren mit Gleichspan- nungsanteil
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Übertragung von analogen oder digitalen Signalen mittels dif- ferentiellen Ubertragungsverfahren mit Gleichspannungsanteil und eine Schaltungsanordnung zur Durchfuhrung des Verfahrens.
Es sind Verfahren zur Datenübertragung, bei welchen differen- tielle Übertragungsverfahren mit Gleichspannungsanteilen verwendet werden, bekannt. Diese Verfahren sind wenig storanfal- lig gegenüber Störungen, die auf beide Ubertragungsleitungen in gleicher Weise einwirken.
Bei einer solchen differentiellen Übertragung steuert das zu übertragende analoge oder digitale Signal zwei zueinander entgegengesetzt arbeitende Ausgänge A und AN des Senders.
Für die Übertragung z.B. eines digitalen Signales mit den logischen Zustanden (0,1) wirkt beispielsweise der Ausgang A als Stromquelle, wahrend der Ausgang AN als Stromsenke dient und umgekehrt. Der Sender stellt den Strom entsprechender
Große und Richtung zur Verfugung, um die Spannung Ud an dem Widerstand R zu erzeugen.
Weiterhin stellt der Sender einen Gleichspannungsanteil Uc bereit. Im Idealfall ist dieser Gleichspannungsanteil Uc von der Übertragung unabhängig und besitzt einen konstanten Wert, der die Symmetrieachse der Augenoffnung am Empfangereingang ergibt. Im Empfänger wird die Differenz der Eingangsspannungen UE und UEN gebildet. Dieser Spannungsdifferenz entspricht der Wert Ud über dem Widerstand R. Bei der Übertragung von digitalen Signalen wird die Differenz verstärkt und nach einer Schwell- wert-Entscheidung den logischen Zuständen (0,1) zugewiesen.
Für den beispielhaften Fall der Übertragung eines digitalen Signals erzeugt der Ausgang des Empfängers den logischen Zustand (1), wenn die Differenz der Eingangsspannungen UE und UEN zum Beispiel positiv ist. Bei negativer Differenz der
Eingangsspannungen UE und UEN erscheint der logische Zustand (0) am Ausgang des Empfängers.
In Figur 1 ist eine bekannte Schaltungsanordnung für die Durchführung eines differentiellen Übertragungsverfahrens mit Gleichspannungsanteil dargestellt .
Eine sinnvolle Datenübertragung zwischen Baugruppen ist nur dann möglich, wenn sich der Sender und der Empfänger in ihrem aktiven Betriebszustand befinden.
Häufig tritt jedoch das Problem auf, daß der Sender entweder gar nicht vorhanden ( zum Beispiel eine Sendebaugruppe wurde nicht verwendet) oder stromlos (zum Beispiel Sendebaugruppe wurde verwendet, aber ohne Versorgungsspannung) oder im hochohmigen Zustand (zum Beispiel die Ausgänge des Senders sind abgeschaltet) ist.
Dadurch ist kein sinnvoller Bezug zwischen den Eingängen E und EN des Empfängers zum Massepotential gegeben. Da es sich um offene Eingänge handelt, ist ein hochfrequentes Schwingen des breitbandigen Empfängers möglich. Dies kann je nach Verwendung der Daten am Ausgang des Empfängers (z.B. als Taktversorgung für eine Baugruppe) bis zur Zerstörung des Empfän- gers oder der Baugruppe führen. Zur Vermeidung dieser Nachteile wurde bisher folgendes vorge¬ sehen:
- Der Empfanger wird mit einer Hysterese versehen. Dabei wird die im Empfanger gebildete Differenzspannung einer Schwellwert-Entscheidung mit dieser Hysterese zugeführt.
Nachteilig ist hierbei jedoch, daß der Ausgang des Empfangers nur dann in einem stabilen Zustand bleibt, wenn die diffe- rentiellen Störungen kleiner als die eingestellte Hysterese
- Durch einen geeignet gewählten Stromfluß durch den Widerstand R erhalt der Empfanger eine Vorspannung.
Auch hierbei bleibt der Ausgang des Empfängers nur dann in einem stabilen Zustand, wenn die differentielle Störung klei- ner als die eingestellte Vorspannung ist. Außerdem ergibt sich durch die Vorspannung ein von den Daten abhangiger Differenzspannungsbetrag | Ud | und damit verbunden ein besseres / schlechteres Signal / Rauschverhaltnis .
- Über zusätzliche Steuerleitungen werden Informationen über den Betriebszustand des Senders, (z.B. Sender ist aktiv / Sender ist hochohmig / Sender ist ausgeschaltet/Sender ist nicht angeschlossen) übertragen.
Mit Hilfe dieser Informationen können Vorkehrungen getroffen werden, die ein hochfrequentes Schwingen des Senders unterbinden und eine mögliche Beschädigung oder Zerstörung desselben oder der nachfolgenden Baugruppe verhindern. Die Verwendung solcher zusätzlicher Steuerleitungen verursacht jedoch einen erhöhten Aufwand an Kosten für Material und Installation derselben.
Alle die vorstehend beschriebenden Maßnahmen gewährleisten nicht eine optimale Funktion des Verfahrens bzw. erfordern einen wesentlichen zusätzlichen Aufwand.
Die Erfindung stellt sich deshalb die Aufgabe, d e vorstehend beschriebenen Nachteile zu vermeiden und den erforderlichen Aufwand zu minimieren.
Erfmdungsgemaß wird die Aufgabe dadurch gelost, daß der von dem Sender für die differentielle Übertragung erzeugte Gleichspannungsanteil auf der Empfangerseite zur Information über den Betriebszustand des Senders verwendet wird.
Erfmdungsgemaß wird der Betriebszustand des Senders auf der Empfangerseite mittels eines Detektors festgestellt. Der De- tektor steuert bei nicht vorhandenem oder inaktivem Sender den Ausgang des Empfangers so, daß ein vorbestimmter Wert nicht überschritten oder der Empfanger ganz abgeschaltet wird.
Der Detektor wird symmetrisch zwischen den die Spannungsdifferenz im Empfanger erzeugenden Widerstand geschaltet und vergleicht den vom Sender erzeugten Gleichspannungsanteil Uc mit einer Referenzspannung Uref.
Der Detektor kann hierbei als Differenzverstarker mit/ohne
Schwellwertentscheider ausgebildet sein, z.B. kann der Detektor aus einem weiteren Empfanger für differentielle Datenübertragung oder aus Transistorschaltungen m Form von Bipolar- oder Feldeffekttransistorschaltungen bestehen. In weiterer Ausbildung der Erfindung kann ein erweiterter Detektor an jeder Ubertragungsleitung angeschlossen sein, so daß damit die Eingangspannungen jeder Ubertragungsstrecke mit einer Referenzspannung des Detektors verglichen und ausgewer- tet werden, und die Auswertung des Zustandes jeder Leitung wird z.B. einer ODER-Verknupfung zugeführt, deren Ausgang den Empfanger und/oder andere Baugruppen steuert.
Der Detektor kann hierbei aus zwei Differenzverstarkern mit / ohne Schwellwertentscheider und deren ODER-Verknupfung ausgebildet sein, z.B. kann der Detektor aus zwei weiteren Empfangern für differentielle Datenübertragung oder aus Transistorschaltungen in Form von Bipolar- oder Feldeffekttransistorschaltungen bestehen.
Durch die Erfindung wird ein hochfrequentes Schwingen des Empfangers und nachfolgender Baugruppen unterbunden und eine Beschädigung oder Zerstörung ausgeschlossen. Zusätzliche Steuerleitungen, die über den Betriebszustand des Senders m- formieren sind nicht erforderlich.
Die Erfindung ist m Form von Schaltkreisen realisierbar oder kann erforderlichenfalls z.B. bei Nachrüstungen als externe Beschaltung mit dem Empfanger verbunden werden.
Die Erzeugung einer Vorspannung am Empfanger wird überflüssig, so daß hierdurch die Abhangikeit des Differenzspannungsbetrages |Ud| von den Daten beiseitigt ist.
Ein Ausfuhrungsbeispiel der erfmdungsgemaßen Schaltungsanordnung ist in Figur 2 dargestellt.
Die zu übertragenden Daten sind über den Eingang zwei zueinander entgegensetzt arbeitenden Ausgangen A und AN des Sen- ders zugeführt und steuern denselben. Der Sender stellt den Strom entsprechender Große und Richtung zur Verfugung, um die Spannung Ud an den Widerstanden R/2 zu erzeugen. Gleichzeitig stellt der Sender einen Gleichspan- nungsanteil Uc bereit, der von der Übertragung unabhängig und konstant ist und die Symmetrieachse der Augenoffnung am Empfangereingang ergibt.
Im Empfanger wird die Differenz der Eingangsspannungen UE und UEN gebildet, welche dem Gesamtwert über den Widerstanden R/2 entspricht.
Der Detektor ist zwischen die gleich dimensionierten Widerstände R/2 geschaltet und belastet symmetrisch die bestehende Übertragungsstrecke und vergleicht die Spannung Uc mit einer Referenzenspannung Uref und steuert den Empfanger. Durch die Belastung ist gewahrleistet, daß nur dann ein Gleichspannungsanteil detektiert wird, wenn sich der Sender im aktiven Zustand befindet. Außerdem ist der Differenzspannungsbetrag | Ud. | von den Daten unabhängig. Die Referenzspannung ist dabei so zu wählen, daß Störungen des Gleichspannungsanteils Uc nicht zur Unterbrechung der Datenübertragung fuhren.
Bei nicht vorhandenem oder inaktivem Sender, d.h. wenn dieser abgeschaltet oder hochohmig ist, unterschreitet der Gleichspannungsanteil Uc die Referenzspannung Uref. Der Empfanger wird vom Detektor so gesteuert, daß z.B. der Empfangerausgang einen festgelegten Wert ausgibt oder den Empfanger abschaltet.
In weiterer Ausbildung der Erfindung ist es möglich, den Detektor z.B. als Differenzverstarker mit /ohne Schwellwertentscheider einzusetzen z.B. als einen weitereren Empfanger für differentielle Datenübertragung (siehe Figur 3) . Bipolar- oder Feldeffekt-Transistorschaltungen (siehe Figur 4) sind WO 01/45337 η PCT/DEOO/04403
ebenfalls anwendbar. Bei einer Bipoiar-Transistorschaltung ergibt sich z.B. eine "Schwellwert-Entscheidung" bei ca. 0,7 V.
In weiterer Ausbildung der Erfindung kann eine Verbesserung der Störempfindlichkeit gegenüber Störungen des Gleichspannungsanteils Uc erreicht werden, wenn, wie in Figur 5, die Spannung Uc _ Ud/2 jeder einzelnen Übertragungsleitung mit einer Referenzspannung Uref verglichen und ausgewertet wird. Die Auswertung des Zustandes jeder Einzelleitung wird z.B. einer ODER-Verknüpfung zugeführt, deren Ausgang zur Steuerung des Empfängers und/oder anderer Baugruppen verwendet wird.
Der in Figur 6 dargestellte erweiterte Detektor erkennt eine aktive Datenübertragung auch bei einem Gleichspannungsanteil Uc < 0 V(z.B. durch Störungen hervorgerufen), solange Uc + Ud/2 und überlagernde Störungen die Referenzspannung Uref auf mindestens einer Leitung überschreiten.
Die minimale Referenzspannung Uref muß so gewählt werden, daß Störungen auf jeder Einzelleitung bei nicht vorhandenem oder inaktivem Sender sicher vom Detektor unterdrückt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Überwachung der Datenübertragung mittels differentiellen Übertragungsverfahren mit Gleichspannungs- anteil, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Sender für die differentiell Übertragung erzeugte Gleichspannungsanteil auf der Empfangerseite zur Information über den Betriebszustand des Senders verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebszustand des Senders auf der Empfangerseite mittels eines Detektors festgestellt wird.
3.Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor bei nicht vorhandenem oder inaktivem Sender den Empfanger so steuert, daß dessen Ausgang einen vorbestimmten Wert nicht überschreitet oder der Empfanger abgeschaltet wird.
4. Schaltungsanordnung zur Durchfuhrung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor symmetrisch zwischen den die Spannungsdifferenz im Empfanger erzeugenden Widerstand geschaltet ist und so den vom Sender erzeugten Gleichspannungsanteil Uc mit ei- ner Referenzspannung Uref vergleicht.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor aus einem Differenzverstarker mit/ohne Schwellwertentscheider besteht.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor aus einer Bipolar-Transistorschaltung be- steht.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor aus einer Feldeffekt-Transistorschaltung besteht.
8. Schaltungsanordnung zur Durchfuhrung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein erweiterter Detektor an jede Übertragungsstrecke an- geschlossen ist und die Eingangsspannungen jeder Übertragungsstrecke mit der Referenzspannung des Detektors verglichen und ausgewertet werden und die Auswertung des Zustandes jeder Leitung einer ODER-Verknupfung zugeführt ist, deren Ausgang den Empfanger und/oder andere Baugruppen steuert.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor aus zwei Differenzverstarkern mit/ohne Schwellwertentscheider und deren logischen ODER-Verknupfungen besteht.
10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor aus zwei Bipolar-Transistorschaltungen zur Spannungsuberwachung und deren logischen ODER-Verknupfungen besteht .
11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, daduch gekennzeichnet, daß der Detektor aus zwei Feldeffekt-Transistorschaltungen zur Spannungsuberwachung und deren logischen ODER-Verknupfungen besteht.
EP00990518A 1999-12-13 2000-12-11 Verfahren und anordnung zur überwachung der datenübertragung mittels differentiellen übertragungsverfahren mit gleichspannungsanteil Withdrawn EP1238500A1 (de)

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