EP3900182A1 - Übertrager zum übertragen von digitalen signalen zwischen galvanisch getrennten schaltungsteilen und feldgerät mit einem solchen übertrager - Google Patents

Übertrager zum übertragen von digitalen signalen zwischen galvanisch getrennten schaltungsteilen und feldgerät mit einem solchen übertrager

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Publication number
EP3900182A1
EP3900182A1 EP19809410.4A EP19809410A EP3900182A1 EP 3900182 A1 EP3900182 A1 EP 3900182A1 EP 19809410 A EP19809410 A EP 19809410A EP 3900182 A1 EP3900182 A1 EP 3900182A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
signal
output
logic
input
subcircuit
Prior art date
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Pending
Application number
EP19809410.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ghislain Daufeld
Arnd Kempa
Roland Grozinger
Stefan Scherr
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Endress and Hauser SE and Co KG
Original Assignee
Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Endress and Hauser SE and Co KG filed Critical Endress and Hauser SE and Co KG
Publication of EP3900182A1 publication Critical patent/EP3900182A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/687—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors
    • H03K17/689—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors with galvanic isolation between the control circuit and the output circuit
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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
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    • H03K19/20—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits characterised by logic function, e.g. AND, OR, NOR, NOT circuits
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    • H03K5/00—Manipulating of pulses not covered by one of the other main groups of this subclass
    • H03K5/13—Arrangements having a single output and transforming input signals into pulses delivered at desired time intervals
    • H03K5/135—Arrangements having a single output and transforming input signals into pulses delivered at desired time intervals by the use of time reference signals, e.g. clock signals
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/02—Transmitters
    • H04B1/04—Circuits

Definitions

  • the object of the present invention is to provide a transmitter and a field device with such a transmitter, which enables simple transmission of digital signals between different circuit parts of modular electronics, in particular modular field device electronics.
  • the object is achieved according to the invention by the transformer according to independent claim 1 and the field device according to independent claim 13.
  • the transformer according to the invention comprises: a first subcircuit; and a second subcircuit, which is electrically isolated from the first subcircuit, is set up to be supplied with energy from the first subcircuit, and / or to communicate with the first subcircuit via digital signals which transmit as a temporal sequence of binary signal levels become;
  • the first subcircuit comprises: a carrier signal source, which is set up to output a carrier signal with a constant carrier frequency and with a constant amplitude at a carrier signal source output; a digital signal source which is set up to output binary signal levels with a useful signal frequency at a signal level output which does not have more than 10%, for example not more than 1%, of the carrier frequency; a first logic component, which is set up to perform an AND operation of two input signals, with a first logic input, a second logic input and a first logic output, which is designed to output a first logic output signal with respect to a first reference potential, the first logic input is connected to the signal level output, the second logic input being connected to the carrier signal
  • the first and the second isolating capacitance each comprise a series connection of several capacitors, in particular three capacitors.
  • the signal input comprises at least two Schottky diodes, which are arranged in series with one another in parallel with the first RC element, the first isolating capacitance between the at least two Schottky diodes being connected to the signal input.
  • the carrier signal source comprises an oscillator.
  • a first Schmitt trigger is arranged between the first logic output and the first separation capacitance. In a development of the invention is between the first RC element and the
  • the carrier signal frequency is not less than 1 MHz, in particular not less than 2 MHz, the useful signal frequency being not less than 10 kHz, for example not less than 20 kHz, and in particular not less than 40 kHz.
  • the transmitter comprises a CPLD
  • Carrier signal source and the first logic component are integrated in the CPLD or the microcontroller.
  • the transmitter further comprises a reverse transmission path for the transmission of digital signals from the second subcircuit to the first subcircuit, the transmission path comprising a second logic component which is set up to carry out an AND operation of two input signals , with a third logic input, a fourth logic input and a second logic output, the third logic input being connected to the bus, the fourth logic input being acted upon by a potential which is tapped between the first isolating capacitance and the first RC element, wherein the second logic output is connected to a signal input of the first circuit part via a third isolating capacitance.
  • the transmitter further comprises a second CPLD or microcontroller, the second logic component being integrated in the second CPLD or microcontroller.
  • the signal source comprises a microprocessor.
  • the field device of industrial process measurement technology comprises a transmitter according to the invention, the first subcircuit comprising main electronics of the field device, the second subcircuit comprising sensor electronics of the field device, the sensor electronics comprising an l 2 C converter for converting a measurement parameter-dependent Primary signal into a digital signal, which is to be output to the first subcircuit via the l 2 C bus and the reverse transmission path.
  • the l 2 C converter comprises a capacitive converter.
  • FIG. 1 a schematic representation of a first embodiment of a transmitter according to the invention
  • FIG. 2 signal curves during operation of the transmitter from FIG. 1;
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of a circuit for energy transmission for a transformer according to the invention.
  • Fig. 4 an embodiment of a field device according to the invention.
  • Data comprises a first circuit part 110 and a second circuit part 150, the two circuit parts being galvanically separated from one another.
  • the first subcircuit 110 comprises a digital signal source 112, here a microprocessor which is set up to output binary signal levels with a useful signal frequency at a signal level output.
  • the useful signal frequency can be, for example, 40 kFIz.
  • the first circuit part 100 comprises a carrier signal source, here a clock signal generator 116 with a frequency of, for example, 4 MFIz.
  • the clock signal frequency is a hundred times the useful signal frequency, which is more than sufficient. In any case, it is advantageous if the clock frequency is at least ten times the useful signal frequency.
  • the first subcircuit further comprises a first logic component 118 for realizing an AND operation between two signals, which in its simplest form can be a discrete AND gate.
  • the first logic component 118 together with the clock signal generator 116 into a CPLD or microcontroller.
  • the signal level output of the digital signal source 1 12 is connected to a first logic input 1 14 of the first logic component 1 18, the second logic input being connected to the output of the clock generator 1 16.
  • Curve 114 in FIG. 2 shows an example of a sequence of binary signal levels, namely 1 and 0 at first logic input 114, while curve 130.
  • the resulting signal at first logic output 130 of first logic component 118 represents. If the level at the first logic input 1 14 assumes the higher value 1, the carrier signal is output at the first logic output 130, otherwise not.
  • This 4 MHz oscillating signal can be transmitted to the galvanically isolated second subcircuit 150 via a first isolating capacitance 202.
  • the first separation capacitance is shown as 202 as a single capacitance C1.
  • the first isolating capacitance 202 is implemented as a series connection of three capacitors.
  • a second isolating capacitance 204 which is arranged between the reference potentials of the first subcircuit 110 and the second subcircuit 150.
  • the second subcircuit 150 comprises: a signal input 154 which is connected to the first isolating capacitance 202, a signal output 164 and a first RC element with a first smoothing capacitor 160 and a first discharge resistance element 162.
  • the signal input 154, the signal output 164, the first smoothing capacitor 160 and the discharge resistance element 162 are connected in parallel with respect to one another with respect to the second reference potential.
  • a first Schottky diode 156 is arranged between the signal input 154 and the RC element or the signal output, a second Schottky diode 158 being connected between the second reference potential and the signal input 154.
  • the first smoothing capacitor can, for example, have a capacitance of a few 10 pF, in particular 40 ...
  • the discharge resistance element can have, for example, a resistance value of a few kQ, in particular 20 ... 30 kQ.
  • the resulting smoothed signal at signal output 164 is shown as curve 164 in FIG. It can be seen that the signal at the first logic input 1 14 fed signal of the digital signal source 1 12 is transmitted faithfully and without delay with a signal swing suitable for further processing.
  • the first subcircuit 310 comprises carrier signal source, here a switching regulator 316, for example a TPS 62240 with a frequency of, for example, 1 to 2 MFIz.
  • This high-frequency signal can be transmitted via a first isolating capacitance 302 to the galvanically isolated second subcircuit 350.
  • the first separation capacity is 302 as a single capacity C1 shown.
  • the first isolating capacitance 302 is implemented as a series connection of three capacitors.
  • the second subcircuit 350 comprises: an energy signal input 354 which is connected to the first isolating capacitance 302, an energy signal output 364 and a smoothing capacitor 360.
  • the energy signal input 354, the energy signal output 364 and the smoothing capacitor 360 are connected in parallel with respect to one another with regard to the second reference potential.
  • a first Schottky diode 356 is arranged between the energy signal input 354 and the smoothing capacitor 360 or the energy signal output 364, a second Schottky diode 358 being connected between the second reference potential and the energy signal input 354.
  • the first smoothing capacitor can be, for example, a capacitance of a few pF, in particular 10 ... 100 pF.
  • the transformer shown in FIG. 3 can be easily combined with the first embodiment in order to realize a power supply for the second subcircuit.
  • the invention can be implemented in particular in field devices of industrial process measurement technology, such field devices being set up to measure parameters such as fill level, flow pressure temperature, pFI value, density viscosity, electrical conductivity or substance concentrations and to output a corresponding measurement signal.
  • the field device 10 comprises a first subcircuit 110 and a second subcircuit 150 which is galvanically separated from the first subcircuit 110 by isolating capacitances 202, 204, 402 .
  • the first subcircuit 1 10 further includes functions of a flaupelectronics, which in a known manner ensures communication with a control system and the energy supply of the field device 10.
  • the circuit components upstream of the first logic output 130 are not shown, these are of course present.
  • a first Schmitt trigger 127 for conditioning the signal to be transmitted is arranged between the first logic output and the first separating capacitance 202.
  • a second Schmitt trigger 167 is arranged between the RC element and the signal output 167. Which eliminates the temporally extended edges of the signal 164 shown in FIG. 2.
  • a so-called pull-up resistance element 165 is arranged, which has a resistance value of, for example, 10 kQ.
  • the signal output 164 is connected via an l 2 C bus with the communication interface of a measured value converter 180 which generates a primary from an analog signal of an analog measuring circuit 190 dependi ges digital signal.
  • the circuit further comprises a return signal path for transmitting the digital signal to the first circuit part or the flake electronics.
  • the digital signal is output at signal output 164. From there it goes via a branch to a third logic input of a second logic component 418, which in turn realizes an AND operation of the input signals. If the signal is to be sent from the transducer, the output of the digital signal source 1 12 is set to "High". The carrier signal is thus transmitted continuously and reaches the fourth logic input of the second logic component 418.
  • the measured value converter 180 switches a high input impedance that is substantially greater than the resistance value of the pull-up resistance element 165.
  • the continuous “high” level provided by the cut trigger 167 is thus switched to the third logic input of the second logic component.
  • the measured value converter 180 switches, a low input impedance, which is significantly smaller than the resistance value of the pull-up resistance element 165.
  • the continuous “high” provided by the cut trigger 167 thus breaks.
  • Level behind the pull-up resistor element 165 together, which causes the desired "low” at the third logic input.
  • a second logic output of the second logic component 418 outputs an output signal via a third isolating capacitance 402 to a return signal input 454 of the first sub-circuit 1 10, which in turn is flanked by two Schottky diodes 456, 458. From the return signal input 454, the signal reaches the return signal output 464, the return signal input 454 and the return signal output being connected in parallel with respect to the first reference potential to a second smoothing capacitor 460 and a second discharge resistance element 462.
  • the capacitance of the second smoothing capacitor 460 is approximately as large as the capacitance of the first smoothing capacitor 160.
  • the resistance of the second discharge resistor element 462 is approximately as large as the resistance of the first discharge resistor element 162.
  • a capacitive transducer is used in particular as the transducer, for example a transducer which is available under the designation FDC2212 from Texas Instruments.

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Abstract

Ein Übertrager (100) umfasst zwei galvanisch getrennte Teilschaltungen (110, 50); wobei die erste Teilschaltung (110) umfasst: eine Trägersignalquelle (116), zum Ausgeben eines Trägersignals; eine Digitalsignalquelle (112) zum Ausgeben binärer Signalpegel; ein logisches Bauteil (118) zum Bilden einer UND-Verknüpfung zweier Eingangssignale,mit zwei Logikeingängenund einem ersten Logikausgang (130), wobei die Logikeingängemit dem Signalpegelausgang bzw. dem Trägersignalquellenausgang verbunden sind;wobei die zweite Teilschaltung (150) umfasst:einen Signaleingang (154); einen Signalausgang (164); ein erstes RC-Glied (160, 162); wobei der Signaleingang (154), der Signalausgang (164) und das RC-Glied (160, 162) bezüglich eines zweiten Bezugspotentials parallel zueinander geschaltet sind;wobei zur galvanischen Trennung zwischen dem ersten Logikausgang und dem Signaleingang eine erste Trennkapazität (202) geschaltet ist; und wobei zur galvanischen Trennung zwischen dem ersten Bezugspotential und dem zweiten Bezugspotential eine zweite Trennkapazität (204) geschaltet ist.

Description

Übertrager zum Übertragen von digitalen Signalen zwischen galvanisch getrennten Schaltungsteilen und Feldgerät mit einem solchen Übertrager
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Übertrager zum Übertragen von digitalen Signa len zwischen galvanisch getrennten Schaltungsteilen und ein Feldgerät mit einem sol chen Übertrager:
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Übertrager und eine Feldgerät mit einem solchen Übertrager bereitzustellen, der eine einfache Übertragung von digitalen Signalen zwischen verschiedenen Schaltungsteilen einer modularen Elektronik, insbe sondere einer modularen Feldgeräteelektronik ermöglicht. Die Aufgabe wird erfindungs gemäß gelöst, durch den Übertrager gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 und das Feldgerät gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 13.
Der erfindungsgemäße Übertrager umfasst: eine erste Teilschaltung; und eine zweite Teilschaltung, welche von der ersten Teilschaltung galvanisch getrennt ist, dazu eingerichtet ist von der ersten Teilschaltung mit Energie versorgt zu werden, und/oder mit der ersten Teilschaltung über digitale Signale zu kommunizieren, die als eine zeit liche Folge von binären Signalpegeln übertragen werden; wobei die erste Teilschaltung umfasst: eine Trägersignalquelle, welche dazu eingerichtet ist, ein Trägersignal mit einer konstanten Trägerfrequenz und mit einer konstanten Amplitude an einem Träger signalquellenausgang auszugeben; eine Digitalsignalquelle, welche dazu eingerichtet ist, binäre Signalpegel mit einer Nutzsignalfrequenz an einem Signalpegelausgang auszugeben, welche nicht mehr als 10%, beispielsweise nicht mehr als 1 % der Träger frequenz aufweist; ein erstes logisches Bauteil, welches dazu eingerichtet ist, eine UND-Verknüpfung zweier Eingangssignale durchzuführen, mit einem ersten Logikein gang, einem zweiten Logikeingang und einem ersten Logikausgang, welcher dazu ein gerichtet ist ein erstes Logikausgangssignal bezüglich eines ersten Bezugspotentials auszugeben, wobei der erste Logikeingang mit dem Signalpegelausgang verbunden ist, wobei der zweite Logikeingang mit dem Trägersignalquellenausgang verbunden ist; wobei die zweite Teilschaltung umfasst: einen Signaleingang; einen Signalausgang; ein erstes RC-Glied; wobei der Signaleingang, der Signalausgang und das RC-Glied be züglich eines zweiten Bezugspotentials parallel zueinander geschaltet sind; wobei zur galvanischen Trennung zwischen dem ersten Logikausgang und dem Signaleingang eine erste Trennkapazität geschaltet ist; und wobei zur galvanischen Trennung zwi schen dem ersten Bezugspotential und dem zweiten Bezugspotential eine zweite Trennkapazität geschaltet ist.
In einer Weiterbildung der Erfindung umfassen die erste und die zweite Trenn- kapazität jeweils eine Reihenschaltung mehrerer Kondensatoren, insbesondere dreier Kondensatoren.
In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der Signaleingang mindestens zwei Schottky-Dioden, die in Reihe zueinander parallel zu dem ersten RC-Glied angeordnet sind, wobei die erste Trennkapazität zwischen den mindestens zwei Schottky-Dioden mit dem Signaleingang verbunden ist.
In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die Trägersignalquelle einen Oszil lator.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist zwischen dem ersten Logikausgang und der ersten Trennkapazität ein erster Schmitt-Trigger angeordnet. In einer Weiterbildung der Erfindung ist zwischen dem ersten RC-Glied und dem
Signalausgang ein zweiter Schmitt-Trigger angeordnet.
In einer Weiterbildung der Erfindung beträgt die Trägersignalfrequenz nicht weniger als 1 MHz, insbesondere nicht weniger als 2 MHz, wobei die Nutzsignalfre quenz nicht weniger als 10 kHz, beispielsweise nicht weniger als 20 kHz, und ins- besondere nicht weniger als 40 kHz beträgt.
In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der Übertrager einen CPLD
(Complex Programmable Logical Device) oder einen Mikrocontroller wobei die
Trägersignalquelle und das erste Logikbauteil in den CPLD oder den Mikrocontroller integriert sind. In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Signalausgang an einen Bus, ins besondere einen l2C-Bus angeschlossen. In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der Übertrager weiterhin einen re- versen Übertragungspfad zur Übertragung digitaler Signale von der zweiten Teilschal tung zur ersten Teilschaltung, wobei der Übertragungspfad ein zweites logisches Bauteil umfasst, welches dazu eingerichtet ist, eine UND-Verknüpfung zweier Ein- gangssignale durchzuführen, mit einem dritten Logikeingang, einem vierten Logikein gang und einem zweiten Logikausgang, wobei der dritte Logikeingang an den Bus angeschlossen ist, wobei der vierte Logikeingang mit einem Potential beaufschlagt wird, das zwischen der ersten Trennkapazität und dem ersten RC-Glied abgegriffen wird, wobei der zweite Logikausgang über eine dritte Trennkapazität mit einem Signalein- gang des ersten Schaltungsteils verbunden ist.
In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der Übertrager weiterhin einen zweiten CPLD oder Mikrocontroller, wobei das zweite logische Bauteil in den zweiten CPLD bzw. Mikrocontroller integriert ist.
In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die Signalquelle einen Mikro- Prozessor.
Das erfindungsgemäße Feldgerät der industriellen Prozessmesstechnik umfasst einen erfindungsgemäßen Übertrager, wobei die erste Teilschaltung eine Hauptelek tronik des Feldgerätes umfasst, wobei die zweite Teilschaltung eine Sensorelektronik des Feldgerätes umfasst, wobei die Sensorelektronik einen l2C-Wandler umfasst, zum Wandeln eines von einer Messgröße abhängigen Primärsignals in ein digitales Signal, welches über den l2C-Bus und den reversen Übertragungspfad an die erste Teilschal tung auszugeben ist.
In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der l2C-Wandler einen kapazitiven Wandler. Die Erfindung wird nun anhand eines den Zeichnungen dargestellten Ausfüh rungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 : eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Übertragers; Fig. 2: Signalverläufe beim Betrieb des Übertragers aus Fig. 1 ;
Fig. 3: ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung zur Energieübertragung für einen erfindungsgemäßen Übertrager; und
Fig. 4: ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Feldgerätes. Das in Fig 1 gezeigte Ausführungsbeispiel eines Übertragers 100 von digitalen
Daten umfasst einen ersten Schaltungsteil 1 10 und einen zweiten Schaltungsteil 150, wobei beide Schaltungsteile voneinander galvanisch getrennt sind.
Die erste Teilschaltung 1 10 umfasst eine Digitalsignalquelle 1 12, hier einen Mikroprozessor welcher dazu eingerichtet ist, binäre Signalpegel mit einer Nutzsignal- frequenz an einem Signalpegelausgang auszugeben. Wobei die Nutzsignalfrequenz beispielsweise 40 kFIz betragen kann. Weiterhin umfasst der erste Schaltungsteil 100 eine Trägersignalquelle, hier einen Taktsignalgeber 1 16 mit einer Frequenz von beispielsweise 4 MFIz. Hier beträgt die Taktsignalfrequenz das hundertfache der Nutzsignalfrequenz, was mehr als ausreichend ist. Jedenfalls ist es vorteilhaft, wenn die Taktfrequenz mindestens das Zehnfache der Nutzsignalfrequenz beträgt. Die erste Teilschaltung umfasst weiterhin ein erstes logisches Bauteil 1 18 zum Realisieren einer UND-Verknüpfung zwischen zwei Signalen, welches in seiner einfachsten Form ein diskretes UND-Gatter sein kann. Es ist vorliegend jedoch, bevorzugt, das erste logische Bauteil 1 18 zusammen mit dem Taktsignalgeber 1 16 in einen CPLD oder Mikrocontrol- ler zu integrieren. Der Signalpegelausgang der Digitalsignalquelle 1 12 ist an einen ersten Logikeingang 1 14 des ersten logischen Bauteils 1 18 angeschlossen, wobei der zweite Logikeingang mit dem Ausgang des Taktgebers 1 16 verbunden ist.
Die Kurve 1 14. in Fig. 2 zeigt exemplarisch eine Folge von binären Signalpegeln, nämlich 1 und 0 am ersten Logikeingang 1 14, während die Kurve 130. Das resultie- rende Signal am ersten Logikausgang 130 des ersten Logikbauteils 1 18 darstellt. Wenn der Pegel am ersten Logikeingang 1 14 den höheren Wert 1 annimmt, wird das Träger signal am ersten Logikausgang 130 ausgegeben, sonst nicht. Dieses mit 4 MHz oszil lierende Signal kann über eine erste Trennkapazität 202 zur galvanisch getrennten zweiten Teilschaltung 150 übertragen werden. In der Zeichnung ist die erste Trennkapazität als 202 als eine Einzelkapazität C1 dargestellt. Tatsächlich ist die erste Trennkapazität 202 aus Gründen des Explosions schutzes als eine Reihenschaltung von drei Kondensatoren realisiert. Entsprechendes gilt für eine zweite Trennkapazität 204, die zwischen den Bezugspotentialen der ersten Teilschaltung 1 10 und der zweiten Teilschaltung 150 angeordnet ist.
Die zweite Teilschaltung 150 umfasst: einen Signaleingang 154 der an die erste Trennkapazität 202 angeschlossen ist, einen Signalausgang 164 und ein erstes RC- Glied mit einem ersten Glättungskondensator 160 und einem ersten Entladungswider standselement 162. Der Signaleingang154, der Signalausgang 164, der erste Glät tungskondensator 160 und das Entladungswiderstandselement 162 sind bezüglich des zweiten Bezugspotentials parallel zueinander geschaltet. Zwischen dem Signaleingang 154 und dem RC-Glied bzw. dem Signalausgang ist eine erste Schottky-Diode 156 angeordnet, wobei eine zweite Schottky-Diode 158 zwischen dem zweiten Bezugs potential und dem Signaleingang 154 geschaltet ist. Der erste Glättungskondensator kann beispielsweise eine Kapazität von einigen wenigen 10 pF betragen, insbesondere 40 ... 60 pF. Das Entladungswiderstandselement kann einen beispielsweise einen Wi derstandswert von wenigen kQ aufweisen, insbesondere 20 ... 30 kQ. Das resultie rende, geglättete Signal am Signalausgang 164 ist als Kurve 164. in Fig 2. dargestellt. Es ist ersichtlich, dass das Signal am ersten Logikeingang 1 14 eingespeiste Signal der Digitalsignalquelle 1 12 getreu und verzögerungsfrei mit einem zur weiteren Verarbei tung tauglichen Signalhub übertragen wird.
Fig 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Übertragers 300 zur Energieversor gung eines zweiten Schaltungsteils 350 durch einen ersten Schaltungsteil 310, wobei beide Schaltungsteile voneinander galvanisch getrennt sind. Das Übertragungsprinzip ist ähnlich zu dem aus Fig. 1 , wobei hier weder eine Digitalsignalquelle noch ein logi sches Bauteil zur Realisierung einer UND-Verknüpfung erforderlich sind. Zudem entfällt das Entladungswiderstandselement. Die erste Teilschaltung 310 umfasst Trägersignal quelle, hier einen Schaltregler 316, beispielsweise einen TPS 62240 mit einer Frequenz von beispielsweise 1 bis 2 MFIz. Dieses hochfrequente Signal kann über eine erste Trennkapazität 302 zur galvanisch getrennten zweiten Teilschaltung 350 übertragen werden. In der Zeichnung ist die erste Trennkapazität als 302 als eine Einzelkapazität C1 dargestellt. Tatsächlich ist die erste Trennkapazität 302 aus Gründen des Explo sionsschutzes als eine Reihenschaltung von drei Kondensatoren realisiert. Entspre chendes gilt für eine zweite Trennkapazität 304, die zwischen den Bezugspotentialen der ersten Teilschaltung 310 und der zweiten Teilschaltung 350 angeordnet ist. Die zweite Teilschaltung 350 umfasst: einen Energiesignaleingang 354 der an die erste Trennkapazität 302 angeschlossen ist, einen Energiesignalausgang 364 und einen Glättungskondensator 360. Der Energiesignaleingang 354, der Energiesignalausgang 364 und der Glättungskondensator 360 sind bezüglich des zweiten Bezugspotentials parallel zueinander geschaltet. Zwischen dem Energiesignaleingang 354 und dem Glättungskondensator 360 bzw. dem Energiesignalausgang 364 ist eine erste Schottky- Diode 356 angeordnet, wobei eine zweite Schottky-Diode 358 zwischen dem zweiten Bezugspotential und dem Energiesignaleingang 354 geschaltet ist. Der erste Glättungs kondensator kann beispielsweise eine Kapazität von einigen pF betragen, insbesondere 10 ... 100 pF. Der in Fig. 3 gezeigte Übertrager ist gut mit dem ersten Ausführungsbei spiel kombinierbar, um eine Energieversorgung der zweiten Teilschaltung zu realisie ren.
Die Erfindung kann insbesondere bei Feldgeräten der industriellen Prozessmess technik implementiert werden, wobei solche Feldgeräte dazu eingerichtet sind Messgrö ßen wie beispielsweise Füllstand, Durchfluss Druck Temperatur, pFI-Wert, Dichte Visko sität, elektrische Leitfähigkeit oder Stoffkonzentrationen erfassen und ein entsprechen des Messsignal auszugeben.
Fig 4 zeigt ausgehend von dem ersten Ausführungsbeispiel eines Übertragers, ein Ausführungsbeispiel einer Betriebsschaltung eines Feldgeräts 10. Das Feldgerät 10 umfasst eine erste Teilschaltung 1 10 und eine zweite Teilschaltung 150 die von der ersten Teilschaltung 1 10 durch Trennkapazitäten 202, 204, 402 galvanisch getrennt ist. Hinsichtlich der mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehenen Komponen ten gelten die Ausführungen zu Fig. 1 entsprechend. Die erste Teilschaltung 1 10 um fasst weiterhin Funktionen einer Flauptelektronik, welche in bekannter Weise die Kom munikation mit einem Leitsystem und die Energieversorgung des Feldgeräts 10 gewähr leistet. Wenngleich die dem ersten Logikausgang 130 vorgelagerten Schaltungskompo nenten nicht dargestellt sind, sind diese selbstverständlich vorhanden. Ergänzend zum ersten Ausführungsbeispiel ist zwischen ersten Logikausgang und der ersten Trennka pazität 202 ein erster Schmitt-Trigger 127 zum Konditionieren des zu übertragenden Signals angeordnet. Ein zweiter Schmitt-Trigger 167 ist zwischen dem RC-Glied und dem Signalausgang 167 angeordnet. Welcher die zeitlich ausgedehnten Flanken des in Fig. 2 dargestellten Signal 164. eliminiert. Unmittelbar vor dem Signalausgang 164 ist ein so genanntes Pull-Up-Widerstandselement 165 angeordnet, welches einen Wider standswert von beispielsweise 10 kQ aufweist. Der Signalausgang 164 ist über einen l2C-Bus mit der Kommunikationsschnittstelle eines Messwertwandlers 180 verbunden, der ein von einem analogen Primärsignal einer analogen Messschaltung 190 abhängi ges digitales Signal erzeugt. Die Schaltung umfasst weiterhin einen Rücksignalpfad zum übertragen des digitalen Signals zum ersten Schaltungsteil bzw. der Flauptelek- tronik. Das digitale Signal wird an den Signalausgang 164 ausgegeben. Von dort ge langt es über eine Verzweigung zu einem dritten Logikeingang eines zweiten Logik bauteils 418, welches wiederum eine UND-Verknüpfung der Eingangssignale realisiert. Wenn das Signal vom Messwandler gesendet werden soll, wird der Ausgang der digi talen Signalquelle 1 12 auf„High“ gesetzt. Damit wird das Trägersignal kontinuierlich gesendet und gelangt an den vierten Logikeingang des zweiten Logikbauteils 418.
Um ein„High“ zu auszugeben schaltet der Messwertwandler 180, eine hohe Eingangsimpedanz, die wesentlich größer ist als der Widerstandswert des Pull-Up- Widerstandselements 165. Damit wird der von dem Schnitt-Trigger 167 gestellte, kontinuierliche„High“-Pegel an den dritten Logikeingang des zweiten Logikbauteils geleitet.
Um ein„LOW“ zu auszugeben schaltet der Messwertwandler 180, eine geringe Eingangsimpedanz, die wesentlich kleiner ist als der Widerstandswert des Pull-Up-Wi- derstandselements 165. Damit bricht der von dem Schnitt-Trigger 167 gestellte, konti nuierliche„High“-Pegel hinter dem Pull-Up-Widerstandselement 165 zusammen, was das gewünschte„Low“ am dritten Logikeingang bewirkt.
Ein zweiter Logikausgang des zweiten Logikbauteils 418 gibt ein Ausgangssignal über eine dritte Trennkapazität 402 an einen Rücksignaleingang 454 der ersten Teil schaltung 1 10 aus, der wiederum von zwei Schottky-Dioden 456, 458 flankiert ist. Vom Rücksignaleingang 454 gelangt das Signal zum Rücksignalausgang 464, wobei der Rücksignaleingang 454 und der Rücksignalausgang, bezogen auf das erste Bezugspotential, zu einem zweiten Glättungskondensator 460 und einem zweiten Ent ladungswiderstandselement 462 parallelgeschaltet sind. Die Kapazität des zweiten Glättungskondensators 460 ist etwa so groß wie die Kapazität des ersten Glättungs kondensators 160. Der Widerstandswert des zweiten Entladungswiderstandselements 462 ist etwa so groß wie der Widerstandswert des ersten Entladungswiderstands elements 162.
Als Messwandler wird insbesondere ein kapazitiver Messwandler verwendet, beispielsweise ein Messwandler, der unter der Bezeichnung FDC2212 von Texas Instruments erhältlich ist.

Claims

Patentansprüche
1. Übertrager (100), umfassend: eine erste Teilschaltung (1 10); und eine zweite Teilschaltung (150), welche von der ersten Teilschaltung galvanisch getrennt ist, dazu eingerichtet ist, von der ersten Teilschaltung mit Energie versorgt zu werden, und/oder mit der ersten Teilschaltung über digitale Signale zu kommunizieren, die als eine zeitliche Folge von binären Signalpegeln übertragen werden; wobei die erste Teilschaltung (1 10) umfasst: eine Trägersignalquelle (1 16), welche dazu eingerichtet ist, ein Trägersignal mit einer konstanten Trägerfrequenz und mit einer konstanten Amplitude an einem
T rägersignalquellenausgang auszugeben; eine Digitalsignalquelle (1 12), welche dazu eingerichtet ist, binäre Signalpegel mit einer Nutzsignalfrequenz an einem Signalpegelausgang auszugeben, welche nicht mehr als 10%, beispielsweise nicht mehr als 1 % der Trägerfrequenz aufweist; ein erstes logisches Bauteil (1 18), welches dazu eingerichtet ist, eine UND-
Verknüpfung zweier Eingangssignale durchzuführen, mit einem ersten Logikeingang, einem zweiten Logikeingang und einem ersten Logikausgang (130), welcher dazu eingerichtet ist ein erstes Logikausgangssignal bezüglich eines ersten Bezugspotentials auszugeben, wobei der erste Logikeingang mit dem Signalpegelausgang verbunden ist, wobei der zweite Logikeingang mit dem Trägersignalquellenausgang verbunden ist; wobei die zweite Teilschaltung (150) umfasst: einen Signaleingang (154); einen Signalausgang (164); ein erstes RC-Glied (160, 162); wobei der Signaleingang (154), der Signalausgang (164) und das RC-Glied (160, 162) bezüglich eines zweiten Bezugspotentials parallel zueinander geschaltet sind; wobei zur galvanischen Trennung zwischen dem ersten Logikausgang und dem Signaleingang eine erste Trennkapazität (202) geschaltet ist; und wobei zur galvanischen Trennung zwischen dem ersten Bezugspotential und dem zweiten Bezugspotential eine zweite Trennkapazität (204) geschaltet ist.
2. Übertrager nach Anspruch 1 , wobei die erste und die zweite Trennkapa zität jeweils eine Reihenschaltung mehrerer Kondensatoren umfassen, insbesondere dreier Kondensatoren.
3. Übertrager nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Signaleingang mindestens zwei Schottky-Dioden umfasst, die in Reihe zueinander parallel zu dem ersten RC-Glied angeordnet sind, wobei die erste Trennkapazität zwischen den mindestens zwei Schottky-Dioden mit dem Signaleingang verbunden ist.
4. Übertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Träger signalquelle einen Oszillator umfasst.
5. Übertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen dem ersten Logikausgang und der ersten Trennkapazität ein Schmitt -Trigger
angeordnet ist.
6. Übertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen dem ersten RC-Glied und dem Signalausgang ein Schmitt-Trigger angeordnet ist.
7. Übertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trä gersignalfrequenz nicht weniger als 1 MHz, insbesondere nicht weniger als 2 MHz beträgt, wobei die Nutzsignalfrequenz nicht weniger als 10 kHz, beispielsweise nicht weniger als 20 kHz, und insbesondere nicht weniger als 40 kHz beträgt.
8. Übertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend einen ersten CPLD oder einen Mikrocontroller wobei die Trägersignalquelle und das erste Logikbauteil in den CPLD oder den Mikrocontroller integriert sind.
9. Übertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der
Signalausgang an einen Bus, insbesondere einen I2C-BUS angeschlossen ist.
10. Übertrager nach Anspruch 9, weiterhin umfassend einen reversen Übertragungspfad zur Übertragung digitaler Signale von der zweiten Teilschaltung zur ersten Teilschaltung, wobei der Übertragungspfad ein zweites logisches Bauteil umfasst, welches dazu eingerichtet ist, eine UND-Verknüpfung zweier Eingangssignale durchzuführen, mit einem dritten Logikeingang, einem vierten Logikeingang und einem zweiten Logikausgang, wobei der dritte Logikeingang an den Bus angeschlossen ist, wobei der vierte Logikeingang mit einem Potential beaufschlagt wird, das zwischen der ersten Trennkapazität und dem ersten RC-Glied abgegriffen wird, wobei der zweite Logikausgang über eine dritte Trennkapazität mit einem Signaleingang des ersten Schaltungsteils verbunden ist.
1 1 . Übertrager nach Anspruch 10, weiterhin umfassend einen zweiten CPLD oder Mikrocontroller, wobei das zweite logische Bauteil in den zweiten CPLD Mikrocon troller integriert ist.
12. Übertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die
Signalquelle einen Mikroprozessor umfasst.
13. Feldgerät der industriellen Prozessmesstechnik, umfassend einen Über- träger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Teilschaltung eine Hauptelektronik des Feldgerätes umfasst, wobei die zweite Teilschaltung eine Sensorelektronik des Feldgerätes umfasst, wobei die Sensorelektronik einen l2C-Wandler umfasst, zum Wandeln eines von einer Messgröße abhängigen Primärsignals in ein digitales Signal, welches über den l2C-Bus und den reversen Übertragungspfad an die erste Teilschaltung auszugeben ist.
14. Feldgerät nach Anspruch 13, wobei der l2C-Wandler einen kapazitiven
Wandler umfasst.
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