JP2003501923A - データ伝達装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、２つの機器（１；３）間で、シリアルで非同期式のデータ伝達をするためのデータ伝達装置に関する。解決すべき課題は、可能な限り僅かな技術的な費用で実現可能である、２つの機器間のコミュニケーションのための確実な伝達装置を提供することにある。このため互いに２芯導線（８）を介して結合可能な２つの回路部分が提案され、これらの回路部分が、それぞれ、１つの受信機回路部分（２ｂ；４ｂ）と１つの送信機回路部分（２ａ；４ａ）を備える。本発明により、電源（６）が備えられており、この電源を介して、電流（Ｉｑ）がデータ伝達導線（８ａ）へと供給可能であり、従って回路部分の入力信号に依存して、信号状態が変更可能であり、同時に回路の部分が電流を供給される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、請求項１の上位概念に記載のデータ伝達装置に関する。

【０００２】 このようなシリアルのデータ伝達装置は、例えばバスシステムＡＳＩ（アクチ
ュエータ−センサ−インターフェース）によって公知である。このバスシステム
の参加者は、異なる様式のアクチュエータ及びセンサである。このようなシステ
ムに接続された全ての機器は、マイクロコントローラ又はＡＳＩＣの形態の相応
の人工知能と、互換性のある機器インターフェースとを備えなければならない。
バス参加者とその電圧供給装置との間のコミュニケーションは、遮蔽されてない
２芯のケーブルを介して実現される。このためデータは、変調されて供給電圧を
介して送信される。確実なデータ伝達のためには、ＡＳＩバスシステムの参加者
において、特別に開発されたＡＳＩＣ構成要素が使用される。このような解決策
は、過去において既に適することが実証されているが、小さなシステムに対して
は、技術的に非常に費用がかかり、かつ非常に高価である。

【０００３】 従って本発明の基本にある課題は、僅かな技術的な費用で、シリアルで非同期
式のデータ伝達を保証するデータ伝達装置を提供することである。

【０００４】 冒頭で述べた様式のデータ伝達装置から出発してこの課題は、本発明により独
立した請求項を特徴づける特徴によって解決され、一方従属する各請求項からは
、本発明の有利な別の構成を読み取ることができる。

【０００５】 装置の唯一つの２方向のデータ伝達導線への、電流、特に定電流の本発明によ
る供給によって、第１の機器（特に主機器）の特に電気的に分離された回路部分
のバス側の電力供給が保証される。

【０００６】 例えば主機器と従機器との間のコミュニケーションにおいて、両方の機器の電
力供給は、通常主機器のネットワーク部分を介して保証される。

【０００７】 本発明により、特に定電流として形成された電流の供給によって、またこれに
より実現されるバス側の回路部分の供給によって、主機器のネットワーク部分の
負荷が除去されることが有利である。これにより、主機器のバス側及び機器側の
回路部分のための電気的に分離された供給接続部を有するネットワーク部分を省
略することができる。本発明の優れた実施形においては、従来のトランジスタ（
ここではＮＰＮトランジスタ）を有する従機器の送信機回路部分及び受信機回路
部分と、電気的な分離のために適する光学カプラを有する主機器の送信機回路部
分及び受信機回路部分とが形成されている。 両方の回路部分は、インテリジェント切替え機器又は制御機器における接続部
のための独立した連結モジュールとして、又はしかしながら、制御機器をこれに
接続可能な拡張構造グループ等と連結するための独立した連結モジュールとして
形成することができる。

【０００８】 更に本発明の詳細及び利点を、図により説明された以下の実施例より明らかに
する。

【０００９】 図１により、本発明によるデータ伝達装置は、二極の導線８を介して互いに結
合可能な２つの回路部分を有する。

【００１０】 第１の回路部分２は、基本機器１（主）、特に論理リレー等のようにプログラ
ム可能なスモールコントロール装置への連結に使用される。このようなスモール
コントロール装置は、特に、マイクロコントローラ、表示ユニット、操作ユニッ
ト、信号入力部及び信号出力部を有し、その際計算ユニット、ディスプレイ、操
作ユニット、信号入力部及び信号出力部は、共通のケース内に収容されている。 第２の回路部分４は、拡張機器３（従）への連結に使用され、この拡張機器は
、基本機器１に接続可能である。回路部分２及び４は、それぞれ機器１及び３内
へと統合することができるか、又は独立した回路モジュールとして形成すること
ができる。

【００１１】 基本機器１に付設された回路部分２は、送信機回路部分２ａ及び受信機回路部
分２ｂから成り、その際両方の部分は、特に、回路部分の入力部と出力部との間
の電気的な分離が保証されているように形成されている。拡張機器３に付設され
た回路部分４は、同様に送信機回路部分４ａ及び受信機回路部分４ｂから成る。
その他図示された実施例においては、特に拡張機器３に付設された回路部分４内
へと電力供給装置６が統合されている。また選択的に電力供給装置６は、外部に
、又は基本機器１の回路部分２内に形成することができる。

【００１２】 回路部分２，４は、二極の結合導線８を介して互いに結合可能であり、その際
導線の一方８ａは、基準電位、ここではアース（ＧＮＤ）を案内し、他方の導線
８ｂは、データ伝達導線として使用される。データは、唯一つの、従って２方向
のデータ交換のために設けられたデータ導線８ｂを介して両方の機器１，３から
送信される。対応するコミュニケーションプロトコルは、データの衝突を回避す
ることを保証する。本発明により、電力供給装置６を介して電流Ｉｑ（特に定電
流）がデータ導線８ｂへと印加される。この電流Ｉｑは、電力供給装置のデータ
伝達以外に、接続された回路部分２ａ，２ｂの電気的に分離された部分領域に使
用される。 その他電流（Ｉｑ）によって、一方の機器１，３の送信機回路部分の入力部信
号に依存して、他方の機器３，１の受信部信号状態が変更可能である。

【００１３】 図２による回路装置の構造：

【００１４】 拡張機器３に付設された回路部分４の送信機回路部分及び受信機回路部分４ａ
，４ｂは、それぞれ１つの半導体スイッチＴ１，Ｔ３、特にＮＰＮスイッチトラ
ンジスタを備える。その際送信接続部Ｔｘ Ｅｗは、オームの抵抗を介して、一
方のトランジスタＴ３のベースに案内される。トランジスタＴ３のエミッタは、
基準電位、即ちアース（ＧＮＤ）に案内されており、基準電位導線８ａを介して
基本機器１に付設された回路部分２と結合可能である。送信トランジスタＴ３の
コレクタは、ツェナーダイオードＤ１と、加えて直列に位置する抵抗Ｒ１とを介
して受信機回路部分４ｂのトランジスタＴ１のベースに案内されており、更に電
流を印加するための電力供給装置６と結合されている。更に、拡張機器３に付設
された回路部分４のトランジスタＴ３のコレクタを介して、そしてデータ伝達導
線８ｂを介して、基本機器１に付設された回路部分２と結合可能である。受信機
接続部Ｒｘ Ｅｗは、プルアップ抵抗を介して５Ｖに置かれたトランジスタＴ１
のコレクタによって形成されている。トランジスタＴ１のエミッタは、アース電
位に案内されている。

【００１５】 電力供給装置６は、特にＰＮＰトランジスタＴ２によって形成されており、こ
のＰＮＰトランジスタは、エミッタ側でオームの抵抗Ｒ２を介して供給電位（こ
こでは２４Ｖ）と結合されており、その際トランジスタＴ２は、ベース側でツェ
ナーダイオードＤ２を介して同様に供給電位に、また別のオームの抵抗を介して
基準電位に案内されており、そしてそのコレクタ接続部でもって、データ伝達導
線８ｂと結合されている。 簡略化された実施において電力供給装置は、またオームの抵抗によっても形成
することができ、この抵抗は、一端で供給電位に案内されており、他端でデータ
伝達導線８ｂと結合されている。 電力供給装置は、従機器３内へと統合されているのが有利である。

【００１６】 トランジスタＴ２のベースは、ツェナーダイオードＤ２及び抵抗から形成され
た分圧器を介して供給され、その際ツェナーダイオードＤ２は、カソード側で＋
２４Ｖに置かれており、アノード側で、抵抗を介してアース電位と結合されてい
る。

【００１７】 特に基本機器１に付設された回路部分２の送信機回路部分及び受信機回路部分
２ａ，２ｂは、同様に半導体スイッチＯｐｔｏ１，Ｏｐｔｏ２によって構成され
ている。図示された実施例において、これらの半導体スイッチは、電気的な分離
を保証する回路要素として、特に光学カプラＯｐｔｏ１；Ｏｐｔｏ２として形成
されている。受信機回路部分２ｂは光学カプラ（Ｏｐｔｏ２）から成り、この光
学カプラは、トランジスタ側で（ＮＰＮトランジスタ段を有するが）そのエミッ
タでもってアース電位に案内されている。コレクタは、プルアップ抵抗を介して
Ｖｃｃ電位（ここでは約５Ｖ）に案内されており、同時に基本機器側の受信機接
続部Ｒｘ ＣＰＵを形成する。

【００１８】 ダイオード側で光学カプラＯｐｔｏ２は、そのカソードでもって、送信機回路
部分２ａの光学カプラ（ＮＰＮトランジスタ段を有する）Ｏｐｔｏ１のエミッタ
と結合されており、基準電位導線８ａを介して、拡張機器３の回路部分４と結合
可能である。 そのアノードでもって受信機回路部分２ｂの光学カプラＯｐｔｏ２は、通過方
向に設けられたツェナーダイオードＤ３を介して、送信機回路部分２ａの光学カ
プラＯｐｔｏ１のコレクタと結合されており、データ伝達導線８ｂを介して、拡
張機器３の回路部分４と結合可能である。 ダイオード側で光学カプラＯｐｔｏ１のアノードは、抵抗を介して送信機入力
部Ｔｘ ＣＰＵに案内されている。カソード側で光学カプラＯｐｔｏ１は、アー
ス電位に置かれている。

【００１９】 図２による回路装置の機能様式：

【００２０】 データ伝達装置の休止状態においては、両方の送信機回路部分２ａ，４ａの出
力部トランジスタＴ３もしくはＴ Ｏｐｔｏ１（光学カプラＯｐｔｏ１のトラン
ジスタ）は、遮断されている（コレクタ−エミッタ区間が導通してない）。印加
された電流Ｉｑは、２つの受信機回路部分２ｂ，４ｂ間で分配される。その際デ
ータ伝達装置は、特に、最大の電流割合が、データ伝達導線８ｂと、基本機器１
に付設された受信機回路部分２ｂ（Ｄ３，Ｄ Ｏｐｔｏ２（第２の光学カプラＯ
ｐｔｏ２のダイオード））とを経て流れるようにデザインされている。これによ
り回路の故障のし易さが最小化される。

【００２１】 例として図示されたツェナーダイオードＤ２及びトランジスタＴ２を有する電
力供給装置６における電流は、 Ｉｑ＝Ｖ_R2／Ｒ２＝（Ｖ_D2−Ｖ_{EB T2}）／Ｒ２ である。

【００２２】 ツェナーダイオードＤ３が設定する、休止状態（信号が非活動的で論理的に「
０」）におけるデータ伝達導線８ｂの電圧レベルは、 Ｖ_{L RUHE}＝Ｖ_D3＋Ｖ_{D Opto2} である。

【００２３】 ツェナーダイオードＤ１及び抵抗Ｒ１によって設定される、拡張機器３に付設
された受信機回路部分４ｂによる電流は、 Ｉ１＝Ｖ_R1／Ｒ１＝（Ｖ_{L RUHE}−Ｖ_D1−Ｖ_{BE T1}）／Ｒ１ である。

【００２４】 その際行なわれるデータの流れ：

【００２５】 送信機回路部分２ａ／基本機器１の送信−受信機回路部分４ｂ／拡張機器３の 受信：

【００２６】 送信されたビットが論理的に「０」（Ｔｘ ＣＰＵ＝０）である間は、データ
伝達導線８ｂが非活動的なままであり、即ち上で記載されたような休止状態にあ
るままである。

【００２７】 「１」の信号が送信されるべきである場合は、送信機回路部分２ａの出力部ト
ランジスタＴ Ｏｐｔｏ１が開放し、全電流Ｉｑが、電力供給装置６からデータ
伝達導線８ｂ、トランジスタＴ Ｏｐｔｏ１及びアース導線（基準電位導線８ａ
）を経て後方へアース電位へと流れる。データ伝達導線８ｂの電圧レベルは、ほ
ぼ０Ｖ（光学カプラＯｐｔｏ１のコレクタ−エミッタ電圧は、電流が流された状
態でＶ_{CE SAT T Opto1}≒０．２Ｖ）である。

【００２８】 もはや電流は、Ｒ１を介するツェナーダイオードＤ１、及びＴ１のベースを経
て流れることができない（Ｄ１が遮断されている）ので、受信機トランジスタＴ
１が反転し（閉じて、Ｒｘ Ｅｗ＝１）、従って拡張機器３の受信機接続部Ｒｘ Ｅｗは、論理的に０から論理的に１に切り替わる。

【００２９】 また同時に、ツェナーダイオードＤ３、及び光学カプラＯｐｔｏ２のダイオー
ドＤ Ｏｐｔｏ２を経て、もはや電流は流れず、受信機−光学カプラのトランジ
スタ、即ちＴ Ｏｐｔｏ２が同様に反転する（閉じて、Ｒｘ ＣＰＵ＝１）。こ
の様式で基本機器１は、検査のために使用することができる応答を得る。

【００３０】 送信機回路部分４ａ／拡張機器３の送信−受信機回路部分２ｂ／基本機器１の 受信：

【００３１】 送信されたビットが論理的に「０」（Ｔｘ ＣＰＵ＝０）である間は、データ
伝達導線８ｂが非活動的なままであり、即ち上で記載されたような休止状態にあ
るままである。

【００３２】 「１」の信号が送信されるべきである場合は、拡張モジュール内の送信トラン
ジスタＴ３が開放し、全電流Ｉｑが、電力供給装置６からトランジスタＴ３を経
てアース電位へと流れる。データ伝達導線８ｂの電圧レベルは、ほぼ０Ｖ（電流
が流されたトランジスタＴ３のコレクタ−エミッタ電圧はＶ_{CE SAT T3}≒０．２
Ｖ）である。

【００３３】 もはや電流は、ツェナーダイオードＤ３、及び光学カプラＯｐｔｏ２のダイオ
ードＤ Ｏｐｔｏ２を経て流れることができない（Ｄ３が遮断されている）ので
、光学カプラＯｐｔｏ２のトランジスタＴ Ｏｐｔｏ２が反転して閉じ、従って
基本機器の受信機接続部Ｒｘ ＣＰＵにおいて、信号が論理的に０から論理的に
１に交代する。

【００３４】 また同時に、Ｒ１を介するツェナーダイオードＤ１、及びＴ１のベースを経て
、もはや電流は流れず、受信機トランジスタＴ１が同様に閉じ、従って拡張機器
３の受信接続部Ｒｘ Ｅｗにおいて、信号が論理的に０から論理的に１に交代す
る。この様式で拡張機器３は、検査のために使用することができる応答を得る。

【００３５】 本発明によりデータ伝達装置は、通常の作動電流が、基本機器の結合導線側（
バス側）の電気的に分離された回路部分のための「供給装置」としても使用され
るように形成されている。この装置は、特に非同期式の伝達様式に適する。

【００３６】 実際は、フィルタ及び増幅器段の形態の付加的な構造要素が必要である。この
様式で最適化された回路が、図３において具体的に説明されている。

【００３７】 本発明の優れた実施形においては、送信機回路部分及び受信機回路部分（２ａ
，２ｂ）が、電気的な分離を保証する要素として、特に光学カプラ（Ｏｐｔｏ１
，Ｏｐｔｏ２）として形成されている。送信機回路部分及び受信機回路部分（４
ａ，４ｂ）は、特にトランジスタ段の形態で形成されている。

【００３８】 本発明は、前記実施形に限定されておらず、本発明の意味において同じ作用を
する全ての実施形も包含する。従って本発明は、例えば他の半導体切替え要素に
よっても処理増幅器等を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるデータ伝達装置を概略図に示す。

【図２】 図１によるデータ伝達装置を、可能な実施形の形態で示す。

【図３】 データ伝達装置を、別の可能な実施形の形態で示す。

【符号の説明】

１ 基本機器 ２ 第１の回路部分 ２ａ 第１の回路部分の送信機回路部分 ２ｂ 第１の回路部分の受信機回路部分 ３ 拡張機器 ４ 第２の回路部分 ４ａ 第２の回路部分の送信機回路部分 ４ｂ 第２の回路部分の受信機回路部分 ６ 電力供給装置 ８ 導線 ８ａ 基準電位導線 ８ｂ データ導線 Ｉｑ 電流 ＧＮＤ アース Ｔ１，Ｔ３ 半導体スイッチ（トランジスタ） Ｔ２ トランジスタ Ｒｘ Ｅｗ 受信機接続部 Ｒｘ ＣＰＵ 受信機接続部 Ｔｘ Ｅｗ 送信接続部 Ｔｘ ＣＰＵ 送信接続部 Ｄ１ ツェナーダイオード Ｄ２ ツェナーダイオード Ｄ３ ツェナーダイオード Ｒ１ 抵抗 Ｒ２ 抵抗 Ｏｐｔｏ１，Ｏｐｔｏ２ 半導体スイッチ（光学カプラ） Ｔ Ｏｐｔｏ１ 光学カプラＯｐｔｏ１のトランジスタ Ｄ Ｏｐｔｏ２ 光学カプラＯｐｔｏ２のダイオード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ， ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，Ｓ Ｋ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の機器（１）と第２の機器（３）との間で、シリアルで
   非同期式のデータ伝達をするためのデータ伝達装置であって、その際、 機器（１；３）のそれぞれに、回路部分（２；４）が付設されており、 回路部分（２；４）それぞれが、送信接続部（Ｔｘ Ｅｗ；Ｔｘ ＣＰＵ）及
   び受信接続部（Ｒｘ Ｅｗ：Ｒｘ ＣＰＵ）並びにデータ伝達導線（８ｂ）のた
   めの接続部及び基準電位導線（８ａ）のための接続部を有する受信機回路部分（
   ２ｂ；４ｂ）及び送信機回路部分（２ａ；４ａ）を備え、 回路部分（２；４）が、二方向のデータ伝達のためのデータ伝達導線（８ｂ）
   、並びに基準電位導線（８ａ）を介して互いに結合可能であるデータ伝達装置に
   おいて、 電源（６）が備えられており、この電源を介して、それぞれの回路部分（４；
   ２）の送信接続部（Ｔｘ Ｅｗ；Ｔｘ ＣＰＵ）の信号状態に依存して、他方の
   回路部分（２；４）のそれぞれに付設された受信接続部（Ｒｘ ＣＰＵ；Ｒｘ Ｅｗ）の信号状態が変更可能であるように、電流（Ｉｑ）がデータ伝達導線（８
   ａ）へと供給可能であることを特徴とするデータ伝達装置。
2. 【請求項２】 少なくとも第１の機器（１）が、計算ユニット、特にマイク
   ロコントローラ、表示ユニット、操作ユニットと、信号入力部と信号出力部とを
   有するプログラム可能なスモールコントロール装置であり、その際計算ユニット
   、ディスプレイ、操作ユニット、信号入力部及び信号出力部が、共通のケース内
   に収容されていることを特徴とする請求項１に記載のデータ伝達装置。
3. 【請求項３】 第１の機器（１）が、計算ユニット、特にマイクロコントロ
   ーラ、表示ユニット、操作ユニットと、信号入力部と信号出力部とを有するプロ
   グラム可能なスモールコントロール装置への接続部のための独立したモジュール
   として形成されており、その際計算ユニット、ディスプレイ、操作ユニット、信
   号入力部及び信号出力部が、共通のケース内に収容されており、第２の機器（３
   ）が、第１の機器（１）の機能を拡張する機器の接続部のための独立したモジュ
   ールとして形成されており、両方のモジュールが、データ伝達導線（８ｂ）及び
   基準電位導線（８ａ）を介して結合可能であることを特徴とする請求項１に記載
   のデータ伝達装置。
4. 【請求項４】 電源（６）が、第２の機器（３）内へと統合されていること
   を特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のデータ伝達装置。
5. 【請求項５】 それぞれの受信機回路部分及び送信機回路部分（２ｂ、４ｂ
   ；２ａ，４ａ）が、すくなくとも１つの半導体スイッチを有することを特徴とす
   る請求項１〜４のいずれか１つに記載のデータ伝達装置。
6. 【請求項６】 第１の機器（１）の受信機回路部分及び送信機回路部分（２
   ｂ，２ａ）が、送信接続部と受信接続部（Ｔｘ ＣＰＵ，Ｒｘ ＣＰＵ）との間
   の電気的な分離が一方で、またデータ伝達導線及び基準電位導線のための各接続
   部間の電気的な分離が他方で保証されているように形成されていることを特徴と
   する請求項１〜５のいずれか１つに記載のデータ伝達装置。
7. 【請求項７】 電源（６）が、定電流源として形成されていることを特徴と
   する請求項１〜６のいずれか１つに記載のデータ伝達装置。
8. 【請求項８】 電源（６）がＰＮＰトランジスタ（Ｔ２）によって形成され
   ており、このトランジスタが、エミッタ側でオームの抵抗（Ｒ２）を介して供給
   電位と結合されており、その際トランジスタ（Ｔ２）が、ベース側でツェナーダ
   イオードＤ２を介して同様に供給電位に、また別のオームの抵抗を介して基準電
   位に案内されており、コレクタ接続部でもってデータ伝達導線（８ｂ）と結合さ
   れていることを特徴とする請求項７に記載のデータ伝達装置。
9. 【請求項９】 電源（６）がオームの抵抗によって形成されており、この抵
   抗が、その一端部でもって供給電位と結合されており、またその他端部でもって
   データ伝達導線（８ｂ）と結合されていることを特徴とする請求項１〜６のいず
   れか１つに記載のデータ伝達装置。