JP2003503902A - 導電的に分離された広帯域伝送のための回路装置および方法 - Google Patents
導電的に分離された広帯域伝送のための回路装置および方法Info
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- JP2003503902A JP2003503902A JP2001506199A JP2001506199A JP2003503902A JP 2003503902 A JP2003503902 A JP 2003503902A JP 2001506199 A JP2001506199 A JP 2001506199A JP 2001506199 A JP2001506199 A JP 2001506199A JP 2003503902 A JP2003503902 A JP 2003503902A
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- H04L25/0268—Arrangements for providing Galvanic isolation, e.g. by means of magnetic or capacitive coupling with modulation and subsequent demodulation
Abstract
Description
クおよび通信ネットワークの融合の時代においてこの分野で活動している開発者
はデータを障害なく伝送することに挑戦している。というのは、伝送されるデー
タが障害を受ける度合いも速度に伴って増加してくるからである。
る導電的な障害作用である。このような障害は、共通のアース接続端子に対する
電圧降下によって、接続端子またはプラグイン接続にある熱伝導接触抵抗によっ
て引き起こされて顕著になる。このような障害はデータ信号に重畳される。
結合は共通の基準導体を使用せずかつ電流回路との電位分離によって行われかつ
データ伝送の際にホトカプラの使用によって実現される。
あるような高速データ伝送に対して、高速ホトカプラが必要である。
による:この分野では同時に、数多くの競合する企業が活動しており、それ故に
製品、従って取得原価の高さはバイヤーのよる選択および企業の成功に対して決
定的な意味合いを持つことになる。
搬遅延時間である。これらはとりわけ、複数のデータ信号の並列伝送の際に困難
を引き起こす。というのは、ホトカプラの個々の伝搬遅延時間は非常に異なって
いる可能性があって、伝送されるデータ信号はもはや同期していないからである
。
ムにおける導電的に分離された広帯域伝送方法の実現である。
有している。
伝送するための少なくとも1つの第2の線路と、第1のアース電位と、信号論理
結合のための少なくとも1つの第1の手段とを含んでおり、ここで第1の信号論
理結合手段の数はデータ信号の数によって、それぞれのデータ信号に第1の信号
論理結合手段が配属されているように定められている。
号論理結合手段に後置接続されているフィルタと、第2のアース電位とを含んで
おり、ここで第2の信号論理結合手段の数はデータ信号の数によって、それぞれ
のデータ信号に第2の信号論理結合手段およびそれぞれ該第2の信号論理結合手
段に後置接続されているフィルタが配属されているように定められている。
ク信号が加わる第2の信号入力側とを有しておりかつ第1の出力信号がクロック
信号に重畳されたデータ信号として第1の信号出力側に出力されるように構成さ
れている。
入力側と、減結合されたクロック信号が加わる第4の信号入力側とを有しており
かつ第2の出力信号が減結合されたクロック信号が取り除かれた減結合されたデ
ータ信号として第2の信号出力側に出力されるように構成されており、ここで第
2の信号論理結合手段にはそれぞれフィルタが後置接続されており、該フィルタ
は第2の出力信号に含まれている障害パルスを除去し、その結果第3の出力信号
は障害パルスが除去された減結合されたデータ信号として発生される。
離されかつクロック信号およびそれぞれ第1の出力信号が導電的に分離されて伝
送されるように減結合されている。
かな信号伝搬遅延時間であり、しかもそれが較正可能であるということである。
というのは、それが実質的に、使用の信号論理結合手段並びにクロック信号の周
波数に依存しているからである。更に、コストが僅かであるという利点がある。
というのは、大量生産に基づいて好都合な価格で手に入れることができる標準モ
ジュールが使用されるからである。伝搬遅延時間を較正できることによって、こ
の回路装置は殊に、並列なデータ伝送の具体的な実施のために使用することがで
きる。
例有している、フィルタが原因で生じるかもしれない、矩形形状からの偏差は解
消され、その結果とりわけデータ信号の一層確実な検出が可能になる。
に有利に調達できることである。しかもクロック信号をデータ信号によって重畳
するための装置は特別簡単でかつスペースをとらないものであるということであ
る。複数の論理結合素子が存在している集積回路があるではないか。
りかつ更に、第1および第2の信号論理結合手段が同様に「XORゲート」であ
れば、否定素子は使用しないですむ。
調達コストが低いという特徴を有しておりかつ更に、第1および第2の信号論理
結合手段が同様に「XNORゲート」であれば、否定素子は使用しないですむ。
あること、トランスの所要スペースは少ないというということである。その理由
は、例えば8個のトランス(LANトランス)を含んでいるICケーシングがあ
るからである。更にこの形態は、高圧耐性が大きいという特徴を有しておりかつ
ハム電圧を発生しない。
うのは、コンデンサ、とりわけ減結合のために必要なコンデンサは好都合な大量
生産であり、しかも線路の必要数も最低であるからであり、導電的な分離のため
に減結合すべき信号だけをコンデンサの第1の接続端子に接続すればよくかつ減
結合された信号はコンデンサの第2の接続端子で取り出すことができるからであ
る。
のアース電位に対して安定した電位が保証されるので、入力信号が欠落している
場合および/または入力信号が不安定な場合ですら常に、信号論理結合手段の信
号出力側において規定のおよび/または安定した出力信号が発生される。
障害パルスを取り除くための簡単でかつコスト面で有利な装置である。
ック信号によって給電する必要はもはやなくなり、これにより一方において、外
部のクロック信号の供給に対する接続端子並びに外部の線路が省略されかつ他方
においてクロック信号の公差および品質は、外部のクロック信号の場合とは異な
って既知であるので、回路装置を最適にそれに同調することができる。
信号を入力段において高周波のクロック信号と論理結合して第1の出力信号を形
成する。このためにそれぞれのデータ信号は高周波のクロック信号に重畳される
。
し、ここで入力段の第1のアース電位は出力段の第2のアース電位とは導電的に
分離される。
されたクロック信号を出力段において第2の出力信号に論理結合する。このため
に、導電的に分離されて伝送された第1の出力信号を、導電的に分離されて伝送
された減結合されたクロック信号から分離する。
の結果第3の出力信号をフィルタリングされたデータ信号として発生する。
簡単な実現が可能である。
に有している矩形のパルス形態から、方法が原因で生じる可能性があるデータ信
号クロック信号の偏差も修正されることである。
な実施が可能である。
り、その際減結合装置EKによって行われる導電的な分離により入力段ESと出
力段ASとが分けられるようになっている。この導電的な分離に基づいて、入力
段ESはアース電位MP1を有しかつ出力段ASは導電的に分離されている第2
のアース電位MP2を有している。
る。データ信号は、回路装置を基準にして、外部の信号源V1によって生成され
る。更にこのデータ信号DINは入力段ESに供給され、そこで排他的論理ゲー
ト(XORゲート)G1によって高周波のクロック信号CLCKと論理結合され
て、ゲートG1の第1の信号出力側A1で出力信号S1が送出される。この信号
は高周波のクロック信号に重畳されたデータ信号に相応する。すなわち、データ
信号DINは高周波のクロック信号CLCKによって変調され、その際クロック
信号CLCKは信号論理から周知の搬送波周波数の役割を果たす。
)によって生成される。択一的に、入力段は、クロック信号CLCKが外部の信
号源によって生成されて、入力段ESに供給されるように構成することもできる
。
り、その際コンデンサC1は第1のアース電位MP1を第2のアース電位MP2
から導電的に分離し、第2のコンデンサC2はクロック信号CLCKを出力段A
Sから導電的に分離し、第3のコンデンサC3は第1の出力信号S1を出力段A
Sから導電的に分離する。すなわちそれぞれのコンデンサC1,C2またはC3
が分離すべき信号の間に切り換えられるようにしてである。これにより、クロッ
ク信号CLCK並びに第1の出力信号S1は導電的に分離されて出力段ASに伝
送される。
ために特別適している。
的なトランス、例えばLANトランスを使用することができる。これは高速の伝
送のためには特別適している。その場合、第1のトランスの1次側に第1のアー
ス電位MP1および第1の出力信号S1が接続されており、2次側には第3の信
号入力側E3および第2のアース電位MP2が接続されており、並びに第2のト
ランスの1次側には第1のアース電位MP1およびクロック信号CLCKが接続
されており、2次側には第4の信号入力側E4および第2のアース電位MP2が
接続されている。
電位MP2から導電的に分離されると同時に、クロック信号CLCK並びに第1
の出力信号S1は出力段ASから導電的に分離され、これによりクロック信号C
LCK並びに第1の出力信号S1の、出力段ASから導電的に分離された伝送が
実現される。
導電的に分離されて伝送される第1の出力信号S1′が加えられ、第4の信号入
力側E4には導電的に分離されて伝送されたクロック信号CLCK′が加えられ
、その際第2の排他的論理和ゲートG2は導電的に分離されて伝送された第1の
出力信号S1′と導電的に分離されて伝送されたクロック信号CLCK′との論
理結合によって第2の信号出力側S1に第2の出力信号S2を送出する。第1の
出力信号S1はクロック信号CLCKの、データ信号DINとの重畳であるので
、第1の出力信号S1の場合、導電的に分離されて伝送されたクロック信号CL
CK′をデータ信号DINから分離することによって第2の出力信号S2が導電
的に分離されて伝送されたデータ信号として発生される。
証しかつ信号が普通有している矩形のパルス形状から多少とも偏差しているとそ
れを補償する。排他的論理和ゲートは矩形のパルス形状を有する出力信号を発生
するからである。
るか否かに無関係に出力されることが保証されているように、第3の信号入力側
E3と第2のアース電位MP2との間に第1の抵抗R1が介挿されており並びに
第4の信号入力側E4と第2のアース電位MP2との間に第1の抵抗R2が介挿
されている。これらいわゆるプル・ダウン抵抗は信号入力側E3並びにE4、ひ
いては第2の信号出力側A2にも規定の電位が生じるようにするものである。
形態も考えられる。
第3の信号入力側E3および第4の信号入力側E4における生じ得る異なったス
イッチングしきい値が原因で生じる障害パルスを除いて導電的に分離されて伝送
されたデータ信号を表している成分をフィルタリングするために、第2の出力信
号S2は、同じく出力段ASの部分であるフィルタRCに供給される。
せから形成されている低域フィルタである。その際抵抗値並びにコンデンサの容
量値は、導電的に分離されて伝送されるデータ信号に対して相対的に高周波の障
害パルスが第2の出力信号から取り出されるように選定されているので、第3の
出力信号は第3の抵抗R3と第4のコンデンサC4との間に加わる。
択一的に、抵抗とコイルの適当な接続回路または集積された適当なフィルタモジ
ュールの使用も同じ作用を実現することができる。
性があるので、第2の排他的論理和ゲートG2に第3の排他的論理和ゲートG3
が後置接続されている。このゲートは第3の信号出力側A3に再形成されたデー
タ信号DIN′を送出する。
れている。すなわち、第3の出力信号S3が第5の信号入力側E5に加えられ並
びに第2のアース電位MP2が第3の論理和ゲートG3の第6の信号入力側E6
に加えられるようにである。
3の排他的論理和ゲートG3を、出力段ASが接続されている外部の回路に移す
こともできる。すなわち、出力段を第3の排他的論理和ゲートG3なしにも実現
することができる。
ば排他的否定論理和ゲート(XNORゲート)、または同じ特性を有している別
の回路技術的な装置を使用することもできる。
適していることによって特徴付けられている。並列なデータ伝送に対して特徴的
なことは、並列に伝送されるべきである複数のデータ信号が存在していることで
ある。
に分離された伝送という特別な例に限って説明してきた。というのは、それぞれ
別のデータ信号に対して、本発明により、回路装置SAの個々の素子を多重に設
ければいいからである。データ信号の数nに依存した個々の素子の必要な数は次
の表に示されている:
サC1…Cn+2(減結合素子)が必要であり、これに対して誘導的なトランス
を用いた減結合装置EKの実現のためには僅かn+1個のトランス(減結合素子
)しか必要でない。というのは、第1のアース電位MP1および第2のアース電
位MP2は誘導的な伝送のために必要な、誘導的なトランスとの接続によって既
に相互に導電的に分離されているからであり、これに対して減結合装置EKを容
量的な伝送のためのコンデンサによって実現している場合には、導電的に分離す
べき信号はそれぞれコンデンサC2,C3,…,Cn+2にしか接続されないか
らであり、その結果第1のアース電位MP1および第2のアース電位MP2の分
離のためには付加的なコンデンサC1が必要であるからである。
搬遅延時間である。これらはとりわけ、複数のデータ信号の並列伝送の際に困難
を引き起こす。というのは、ホトカプラの個々の伝搬遅延時間は非常に異なって
いる可能性があって、伝送されるデータ信号はもはや同期していないからである
。 DE19610248A1から、少なくとも1つの信号入力側および少なくと
も1つの、この信号入力側に配属されている信号出力側が入力側と出力側との間
の導電的分離を有している。信号路を導電的に分離するための方法並びに回路装
置並びに信号路の導電的な分離のための回路装置が公知である。
クロック信号と論理結合して第1の出力信号を形成する。このためにそれぞれの
データ信号は高周波のクロック信号に重畳される。
Claims (15)
- 【請求項1】 導電的に分離された広帯域伝送のための回路装置(SA)に
おいて、 a)入力段(ES)は、信号論理結合のための少なくとも1つの第1の手段(G
1)と、クロック信号(CLCK)の伝送のための第1の線路と、それぞれデー
タ信号(DIN)を伝送するための少なくとも1つの第2の線路と、第1のアー
ス電位(MP1)に対する接続端子とを有しており、 b)出力段(AS)は、信号論理結合のための少なくとも1つの第2の手段(G
2)と、該第2の信号論理結合手段(G2)に後置接続されているフィルタ(R
C)と、第2のアース電位(MP2)に対する接続端子とを有しており、 c)入力段(ES)を出力段(AS)から減結合する減結合装置(EK)を備え
ており、 d)前記第1の信号論理結合手段(G1)は、データ信号(DIN)が加わる第
1の信号入力側(E1)と、クロック信号(CLCK)が加わるの信号入力側(
E2)とを有しておりかつ第1の出力信号(S1)がクロック信号(CLCK)
に重畳されたデータ信号として第1の信号出力側(A1)に出力されるように構
成されており、 e)前記第2の信号論理結合手段(G2)は、減結合された第1の出力信号(S
1′)が加わる第3の信号入力側(E3)と、減結合されたクロック信号(CL
CK′)が加わる第4の信号入力側(E4)とを有しておりかつ第2の出力信号
(S2)が減結合されたクロック信号(CLCK′)から分離された減結合され
たデータ信号として第2の信号出力側(A2)にて出力されるように構成されて
おり、ここで第2の信号出力側(A2)には常に規定のおよび/または安定した
信号が出力され、 f)前記第2の信号論理結合手段(G2)には、フィルタ(RC)が後置接続さ
れており、該フィルタは、第2の出力信号(S2)に含まれている障害パルスを
取り除くために、第3の出力信号(S3)がフィルタリングされた減結合された
データ信号として発生されるように構成されており、 g)入力段(ES)および出力段(AS)は減結合装置(EK)によって、第1
のアース電位(MP1)が第2のアース電位(MP2)から導電的に分離されか
つクロック信号(CLCK)および第1の出力信号(S1)が入力段(ES)か
ら出力段(AS)に導電的に分離されて伝送されるように減結合されている ことを特徴とする回路装置。 - 【請求項2】 出力段(AS)は少なくとも1つの、信号論理結合のための
第3の手段(G3)を有しており、ここで それぞれのフィルタ(RC1)に該第3の信号論理結合手段(G3)の1つが後
置接続されておりかつ第3の出力信号(S3)は該第3の信号処理手段(G3)
の第5の信号入力側(E5)に加わりかつ第2のアース電位は該第3の信号処理
手段(G3)の第6の信号入力側(E6)に加わり、 該第3の信号論理結合手段(G3)は、第3の出力信号(3)のパルスがその都
度再形成されるデータ信号(DIN′)を発生するために矩形の形状に逆変換さ
れかつ第3の信号出力側(A3)にて出力されるように構成されている 請求項1記載の回路装置(SA)。 - 【請求項3】 第1の信号論理結合手段(G1)および第2の信号論理結合
手段(G2)は反一致ゲート「排他的論理和(XOR)ゲート」である 請求項1または2記載の回路装置(SA)。 - 【請求項4】 第1の信号論理結合手段(G1)および第2の信号論理結合
手段(G2)は一致ゲート「排他的否定論理和(XNOR)ゲート」である 請求項1または2記載の回路装置(SA)。 - 【請求項5】 第3の信号論理結合手段(G3)は反一致ゲート「排他的論
理和(XOR)ゲート」である 請求項2または3記載の回路装置(SA)。 - 【請求項6】 第3の信号論理結合手段(G3)は一致ゲート「排他的否定
論理和(XNOR)ゲート」である 請求項2または4記載の回路装置(SA)。 - 【請求項7】 減結合装置(EK)は次のように構成されている: a)少なくとも1つの第1の誘導的なトランスが設けられており、ここで該第1
の誘導的なトランスの1つはそれぞれ、1次側において第1の信号出力側および
第1のアース電位(MP1)に後置接続されておりかつ2次側において第3の信
号入力側(E3)および第2のアース電位(MP2)に前置接続されており、 b)第2の誘導的なトランスの1次側において、第1の線路および第1のアース
電位(MP1)が接続されておりかつ第2の誘導的なトランスの2次側において
それぞれ第4の信号入力側(E4)および第2のアース電位(MP2)が接続さ
れている 請求項1から6までのいずれか1項記載の回路装置(SA)。 - 【請求項8】 減結合装置(EK)は次のように構成されている: a)少なくとも1つの第1のコンデンサ(C1)が設けられており、ここで該第
1のコンデンサの1つはそれぞれ、それぞれ第1の信号出力側(A1)と第3の
信号入力側(E3)とに間に接続されており、 b)第1の線路と第2の信号入力側(E2)との間に、第2のコンデンサ(C2
)が接続されており、 c)第1のアース電位(MP1)と第2のアース電位(MP2)との間に、第3
のコンデンサ(C3)が接続されている 請求項1から7までのいずれか1項記載の回路装置(SA)。 - 【請求項9】 a)少なくとも1つの第1の抵抗(R1)が設けられており
、ここで該第1の抵抗(R1)の1つはそれぞれ、第2の信号入力側(E2)お
よび第2のアース電位(MP2)の間に接続され、 b)少なくとも1つの第2の抵抗(R2)が設けられており、ここで該第2の抵
抗(R2)の1つはそれぞれ、第3の信号入力側(E3)および第2のアース電
位(MP2)の間に接続されている 請求項1から8までのいずれか1項記載の回路装置(SA)。 - 【請求項10】 a)少なくとも1つの第3の抵抗(R3)が設けられてお
り、ここで該第3の抵抗(R3)の1つはそれぞれ、第2の信号出力側(A2)
の後ろに接続されており、 b)少なくとも1つの第4のコンデンサ(C4)が設けられており、ここで該第
4のコンデンサ(C4)の1つはそれぞれ、第3の抵抗(R3)および第2のア
ース電位(MP2)の間に接続されており、 c)それぞれの第4のコンデンサ(C4)にそれぞれ第3の出力信号(S3)が
加わるようになっている 請求項1から9までのいずれか1項記載の回路装置(SA)。 - 【請求項11】 入力段(ES)はクロック信号(CLCK)を発生するた
めの発生器(V1)を有しており、該発生器は第1のアース電位(MP1)と第
1の線路との間に接続されている 請求項1から10までのいずれか1項記載の回路装置(SA)。 - 【請求項12】 a)少なくとも1つのデータ信号(DIN)のデータ信号
(DIN)を高周波のクロック信号(CLCK)に重畳することによって、該デ
ータ信号(DIN)を入力段(ES)において高周波のクロック信号(CLCK
)と論理結合して第1の出力信号(S1)を形成し、 b)第1の出力信号(S1)およびクロック信号(CLCK)を出力段(AS)
に導電的に分離して伝送し、ここで入力段(ES)の第1のアース電位(MP1
)は出力段(AS)の第2のアース電位(MP2)とは導電的に分離され、 c)導電的に分離されて伝送された第1の出力信号(S1′)および導電的に分
離されて伝送されたクロック信号(CLCK′)を出力段(AS)において第2
の出力信号(S2)に論理結合して、出力信号(S2)を、導電的に分離されて
伝送された減結合されたクロック信号(CLCK′)から分離された導電的に分
離されて伝送されたデータ信号として発生し、 d)第2の出力信号(s2)をフィルタリングして、それぞれ第3の出力信号(
S3)を第2の出力信号に含まれている障害パルスが取り除かれたフィルタリン
グされたデータ信号として発生する ことを特徴とする方法。 - 【請求項13】 第3の出力信号(S3)を、該第3の出力信号(S3)の
パルスが矩形の形状に逆変換されるように、再形成されたデータ信号(DIN′
)に変換する 請求項12記載の方法。 - 【請求項14】 第1の出力信号(S1)およびクロック信号(CLCK)
を誘導によって導電的に分離して伝送し、ここで第1のアース電位(MP1)の
、第2のアース電位(MP2)からの導電的な分離は誘導によって行われる 請求項12または13記載の方法。 - 【請求項15】 第1の出力信号(S1)およびクロック信号(CLCK)
を電界によって導電的に分離して伝送し、ここで第1のアース電位(MP1)の
、第2のアース電位(MP2)からの導電的な分離は容量によって行われる 請求項12または13記載の方法。
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