NO169317B - Sender/mottaker - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører området for sendere/ mottagere, og nærmere bestemt vedrører en sender/mottager for å tilføre signaler til og å motta signaler fra en transmisjonslinje, omfattende en koblingstransformator som har en transmisjonslinjevikling og en sender/mottagervikling, driversendermiddel som er koblet til sender/mottagerviklingen for å drive firkantbølge Manchester-kodede datasignaler som har en første frekvens og en forutbestemt maksimum topp-til-toppspenning til transmisjonslinjen, første mottagermiddel som er koblet til sender/mottagerviklingen for å motta nevnte Manchester-kodede datasignaler, og andre mottagermiddel som er koblet til sender/mottagerviklingen for å motta kvasi-sinusformede tidsstyringssignaler, som har en andre frekvens, med nevnte data- og tidsstyringssignaler tilstedeværende samtidig for transmisjonslinjen.

Sendere/mottagere som sender og mottar signaler over en transmisjonslinje er velkjent innenfor teknikken. Hvor signaler fra to eller flere kilder skal sendes, eller føres samtidig over en enkelt leder, skjer dette vanligvis ved en eller annen form for multipleksing eller modulasjonssystem som anvender et bærebølgesignal. Så vidt vites finnes der ingen sender/mottager som kan sende og motta en første type av signal på en frekvens over en enkelt leder og som også kan motta et signal av en andre type på en forskjellig frekvens som også samtidig bæres av enkeltlederen og med fravær av noen modulatorer eller demodulatorer, multipleksere eller demultipleskere.

Miljøet i hvilket senderen/mottageren ifølge foreliggende oppfinnelse anvendes, er et tegnpasserings-lokalområdenett (token passing local area network) i hvilket et begrenset antall, hvor sekstifire er det maksimale antall i den foretrukne utførelsesform, kommuniserer med hverandre over nettets transmisjonsmedium, et koaksialt kabelpar. Kommuni-kasjon mellom fysiske moduler skjer på en frekvens av 5,0 MHz med den fysiske modulen for nettet som har tegnet ved et hvilket som helst gitt tidspunkt og som er satt istand til å sende Manchester kodede binære datasignaler ved en 5,0 MHz frekvens over transmisjonsmediet til en hvilken som helst eller samtlige av de fysiske moduler i nettet. Hver fysiske modul må derfor ha evnen til å sende og motta datasignaler ved 5,0 MHz frekvensen over begge kabler i nettmediet.

I tillegg er der et krav, særlig hvor nettet danner eller konstituerer et styresystem for overvåkning og styring av industri og bruksanlegg, å tidsette opptredenen av hendelser med en høy grad av presisjon. I miljøet i hvilket sender/ mottager ifølge foreliggende oppfinnelse anvendes, oppfatter hver fysisk modul et tidsstyringssystem. Valget av tids-styringsdelsystemet for de fysiske moduler forbereder og sender kodet tidsstyringsinformasjon i form av tidsstyringssignaler over nettets kommunikasjonsmedium, slik at tids-styringsdelsystemene for samtlige fysiske moduler kan synkronisere innenfor en ønsket grad av nøyaktighet deres interne tidssanser med den interne sansen for tidsstyrings-delsystemet hos den fysiske modulen, hvilket tidsstyringsdelsystem er betegnet som hoved.

I den foretrukne utførelsesform er kommunikasjonsmediet dobbelt redundant, dvs. det består av to koaksialkabler. Ved normal drift bærer begge kabler de samme datasignaler. Tidsstyrings delsystemet betegnet som et hovedsystem er forsynt med en tidsstyringsdelsystemdrivkrets som driver kvasisinusformede tidsstyringssignaler som har en frekvens av 12,5 kHz på en av koaksialkablene i transmisjonsmediet. Et andre tidsstyringsdelsystem, betegnet som et slavesystem, er også forsynt med en slik drivkrets og tilfører tidsstyringssignaler på den andre koaksialkabelen i det dobbelte redundante transmisjonsmediet. Lengden av kabelen er begrenset til ca. 304,8 meter i den foretrukne utførelses-form. For ytterligere informasjon med hensyn til dette miljøet, henvises til de følgende samtidig inngitte norske patentsøkander nr. 85.4149 og 85.4401. Det som er angitt i disse patentsøknader innbefattes her kun ved denne hen-visning.

Senderen/mottageren kjennetegnes ifølge foreliggende oppfinnelse, ved en tilbakeføringskrets som i klargjort tilstand som reaksjon på et tilbakeførings-klargjøringssignal tilfører datasignaler som tilføres sender/mottageren direkte til driverkretsen for datasignalmottageren, idet nevnte tilbakeførings-klargjøringssignal når det er tilstede setter senderkretsen ut av funksjon.

Ifølge en utførelsesform har senderen/mottageren et lavpassfilter som er koblet mellom sender/mottagerviklingen og en operasjonsforsterker i det andre mottagermidlet. En kompar ator har sin ene inngang koblet til utgangen på operasjonsforsterkeren. Komparatoren mottar på sin andre inngang en referansespenning, og leverer på sin utgang en firkantformet versjon av tidsstyrings-signalet. En enkelt impuls-multivibrator er koblet til utgangen av komparatoren for å levere et reformet tidsstyringssignal.

Tidsstyringssignalene i den foretrukne utførelsesform har betydelig lavere frekvens enn frekvensen for datasignalene, og begge signaltyper kan og vil normalt være tilstede samtidig på transmisjonslinjen. Fortrinnsvis er datasignalenes frekvens lik 5,0 MHz og tidsstyringssignalenes frekvens 12,5 kHz.

Det er et formål med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en sender/mottager som kan drive på en transmisjonslinje gjennom en koblingstransformator høyfrekvente i alt vesentlig firkantbølgesignaler og kan motta fra transmisjonslinjen gjennom koblingstransformatoren hvilke som helst slike høyfrekvente signaler som er tilstede på transmisjonslinjen og også kan motta lavfrekvent kvasi-sinusformede signaler som er tilstede samtidig på transmisjonslinjen.

Andre formål, trekk og fordeler ved oppfinnelsen ville lett forstås av den etterfølgende beskrivelse av en foretrukket utførelsesform derav, sett i forbindelse med den vedlagte tegning, selv om variasjoner og modifikasjoner kan utføres uten å avvike fra ideen og omfanget av de nye konsepter ifølge beskrivelsen, og hvor den eneste figuren er et kretsskjema over senderen/mottageren ifølge den foreliggende oppfinnelse.

På tegningen er senderen/mottageren 10 operasjonsmessig forbundet ved hjelp av en koblingstransformator 12 til en 75 ohm koaksialkabel 14, som er transmisjonsmediet, eller linjen, i et lokalområdenett. En ende av transmisjonslinjeviklingen 16 i transformatoren 12 er forbundet med den sentrale leder hos kabelen 14 og den andre enden er forbundet med den sylindriske ytterskjermen hos kabelen 14. Kabelen 14 bærer, eller får tilført seg, to signaler, et Manchester-kodet 5,0 MHz i alt vesentlig firkantbølgesignal som noen ganger identifiseres som et datasignal, eller datasignaler; og et 12,5 kHz kvasi- eller pseudo-sinusformet signal, enkelte ganger senere henvist til som et tidsstyringssignal, eller tidsstyringssignaler ettersom tidsstyringssignalene representerer, i den foretrukne utførelsesform kodet tidssyringsinformasjon.

Transformatorkobling mellom koaksialkabelen 14 og senderen/ mottageren 10 anvendes til å isolere jordpotensialene i senderen/mottageren 10 fra transmisjonslinjen 14 og fra jordpotensialene hos andre sendere/mottagere andre fysiske moduler i lokalområdenettet, av hvilket kabel 14 og sender/ mottager 10 eller elementer er beskrevet i ovennevnte norske patentsøknad nr. 85.4149. Senderen/mottageren for hver av de fysiske moduler i et slikt nettverk er i alt vesentlig duplikater av senderen/mottageren 10 som vist. Nærværet av 5,0 MHz datasignaler og 12,5 kHz tidsstyringssignaler på kabelen 14 frembringer eller induserer spenninger over sender/mottagerviklingen 18 hos koblingstranformatoren 12 i hvilken både data og tidssyringssignalene som er tilstede på kabel 14 eksisterer. Signalene over sender/mottagerviklingen 18 tilføres de inverterende og ikke-iverterende terminaler hos en operasjonsforsterker 20 gjennom et lavpass RC-filter 22 som filtrerer ut 5,0 MHz datasignaler fra det sammensatte signal som tilføres operasjonsforsterkeren 20. Kondensatoren 24 er koblet mellom pinnene 1 og 8 på operasjonsforsterkeren for å styre dens frekvensrespons. Operasjonsforsterkeren 20 fjerner fra sin utgang på pinne 6 hva som helst av nevnte 5,0 MHz som ikke er fjernet av filteret 22. Utgangen av operasjonsforsterkeren 20 er således 12,5 kHz tidsstyringssignal. Utgangen fra operasjonsforsterkeren 20 er koblet gjennom kondensatorer 25 og 26 som er koblet i parallell til den inverterende inngangen på spenningskomparator 28. Spenningen på den ikke-inverterende inngangen av komparatoren 28 er en referansespenning av omtrentlig 10 til 20 millivolt (mV) slik at komparatorens 28 utgang på dens terminal 12 er normalt høy når intet signal tilføres dens inverterende inngang. Komparatoren 28 firkantdanner de kvasi-sinusformede tidsstyringssignaler som tilføres den slik at utmatningen fra komparatoren 28 er et firkantbølgesignal, hvis pulsbredde er representativ for den pseudo-sinusformede bølgen som tilføres dens ikke-inverterende inngang.

Amplituden av 12,5 kHz tidsstyringssignalene som er tilført en bestemt senders/mottagers tidsstyringssignalmottager fra koaksialkabelen 14 varierer som en funksjon av antallet av fysiske moduler forbundet med kabelen 14 og kabelens 14 lengde. Som et resultat av dette kan bredden av firkant-bølgene som frembringes av komparatoren 28 variere mellom 30 og 60 mikrosekunder (ps). Slike uønskede variasjoner i pulsbredde elimineres ved å forbinde utgangen av komparatoren 28 med en monostabil multivibrator 30, hvis tidskonstant settes til 40 ps. Multivibratoren 30 avføler de fremre kanter av utgangssignalene fra komparatoren 28 slik at hver puls frembragt av komparatoren 28 inverteres i et firkant-bølgesignal som har perioden som tilsvarer en frekvens av 12,5 kHz på utgangen av monostabil multivibrator 30. Utmatningen fra multivibratoren 30 tilføres en differensial drivkrets 32 som frembringer forsterkede og V-formede 12,5 kHz tidsstyringssignaler på TTL-nivåer. Tidsstyringssignalene frembragt av drivkretsen 32 er en av de to utmatningene fra senderen/mottageren 10. Tidsstyrings-signalutmatningen fra senderen/mottageren 10 frembringes av dens tidsstyringssignalmottager som omfatter filteret 22, operasjonsforsterkeren 20, komparatoren 28, multivibratoren 30 og drivenheten 32.

Signalene over sender/mottagerviklingen 18 tilføres også meget-høy-frekvens differensialforsterkeren 34 i datasignal-forsterkeren hos senderen/mottageren 10 som forsterker det sammensatte signalet, både 5,0 MHz datasignalene og 12,5 kHz tidsstyresignalene som er tilstede. Utmatningen fra differensialforsterkeren 34 passerer gjennom høypass RC-filter 36 som fjerner eventuelle 12,5 kHz tidsstyringssignaler. 5,0 MHz datasignalene ut fra filteret 36 tilføres en meget-høy-hastighet spenningskomparator 38. 5,0 MHz signalene som er tilført komparatoren 38 kan ikke være en firkantbølge som tilført kabelen 14 på grunn av at de høyere frekvenskomponenter i firkantbølgesignalene dempes i en viss grad av kabelens 14 karakteristika. Komparatoren 38 avretter 5,0 MHz datasignalene slik at deres bølgeform på ny er den for en firkantbølge med pulsbredder av 100 ± 10 nanosekunder. De opprettede og forsterkede datasignaler, utmatningen fra komparatoren 38, passerer gjennom NELLER-porter 39 og 40 som begge er gjort operative. En annen funksjon for portene 39 og 40 vil bli forklart nedenfor. Fra porten 40 tilføres utgangssignalene fra komparatoren 38 til en differensial-drivkrets 42 som frembringer forsterkede og reformede, eller avrettede (firkantdannede) 5,0 MHz datasignaler på TTL-nivåer, den andre utmatning fra sender/mottageren 10. Datasignalutmatningen fra sender/mottageren 10 frembringes av dens datasignalmottager som omfatter differensialforsterkeren 34, filteret 36, spenningskomparatoren 38 og drivenheten 42. Datasignaler, Manchester-kodede binære firkantbølgesignaler med en frekvens av 5,0 MHz, som skal drives på eller tilføres kabelen 14 er betegnet som TXDATA+ på tegningen og er datainngangssignalet til forsterkerkretsen og senderen/ mottageren 10. Datasignalene TXDATA+ innmates til differensialdrivenheten 44, hvis to utmatninger respektivt tilføres basisene hos npn-transistorene 46, 47. Sender/ mottageren har midttapningen av viklingen 18 på koblingstransformatoren 12 forbundet med en +5 Volt likespennings-tilførsel med transistorens 46 kollektor forbundet med den ene ende av viklingen 18 og kollektoren på transistoren 46 forbundet med den andre. Når transistoren 46 er innkoblet, vil en spenning utvikles over transmisjonslinjeviklingen 16 med én polaritet, og en spenning av den motsatte polariteten utvikles over vikling 16 når transistor 47 innkobles til å drive eller påtrykke et bipolart firkantbølge-datasignal som har en topp-til-topp spenning av 800 mV og tilsvarer TXDATA+ på koaksialkabelen 14.

Differensialdrivenheten 44 er en tre-tilstandsanordning, hvis utmatninger tvinges til deres høyimpedanstilstand når spenningen på pinne 4 hos drivenheten 44 er en logisk null. Drivenheten 44 klargjøres når utmatningen fra negativ 0G-porten 48, signal XMITEN+ er positivt. Innmatningene til porten 48 er send-klargjør-styresignal TXMITA- og koble-tilbake-styresignal TXL0PA+. For å klargjøre drivenheten 44, må styreklargjørsignalet, TXMITA- være negativt og koble tilbakestyresignalet TXL0PA+ må også være negativt. Når TXL0PA- er positivt blir NELLER-port 50 gjort inoperativ, hvilket hindrer datasignal TXDATA+ i å bli anvendt som en innmatning til NELLER-port 40.

På et slikt tidspunkt som styresignal TXL0PA+ er positivt og TXLOPA- er negativt, er signalet XMITEN+ også negativt eller en logisk null som setter drivenheten 44 inoperative tilstander og setter den i dens inoperative høyimpedans-tilstand. Transistoren 46 og 47 vil begge være sperret når drivenheten 44 er høy i sin impedanstilstand. NELLEE-porten 50 klargjøres av signalet TXLOPÅ- og NELLER-porten 39 klargjøres av signalet TXL0PA+. Datasignaler TXDATA+ vil under disse omstendigheter bli påtrykket gjennom NELLER-porten 50 og 40 til differensialdrivenheten 42. Når således TXL0PA+ er positiv, påtrykkes datasignalene TXDATA+ til differensialdrivenheten 42 som bevirker signalene TXDATA+ som tilføres sender/mottager 10 til å være datasignalutmatningen fra sender/mottageren 10.

Grunnen til å koble tilbake datasignalet TXDATA+ er å tillate TXDATA+ å bli testet uten å drive det på kabel 14, ettersom hvis TXDATA+ ikke var innenfor spesifikasjoner, kunne det interferere med de riktige operasjoner av andre fysiske moduler i nettet som mottar signaler fra kabel 14.

Differensialdrivenheten 44 omfatter en krets som bevirker at utmatningen fra drivenheten 44 er i sin høyimpedans-utgangs-til stand under overgangene knyttet til å øke effekt og redusere effekt. denne høyimpedanstilstand sikrer at transistorene 46 og 47 vil være sperret under slike overganger. Som et resultat vil datasenderkretsen i senderen/ mottageren 10 som innbefatter differensialdrivenheten 44, og transistorene 46 og 47 presentere en høyimpedans til transmisjonslinjen 14 under slike overganger samt når ingen datasignaler drives på koaksialkabelen 14 av senderens/ mottagerens 10' senderkrets.

Datamottageren i senderen/mottageren 10 frembringer datasignaler som sin utmatning, uansett om kilden for datasignalene er fra transmisjonslinjen 14, datasignalsenderkretsen i senderen/mottageren 10, eller når senderen/ mottageren 10 er i sin tilbakekoblingsmodus, hvor datasignalene er fra transmisjonslinjen 14, datasignalsenderkretsen i senderen/mottageren 10, eller når senderen/mottageren 10 er i sin tilbakekoblingsmodus, hvor datasignalene TXDATA+ tilføres direkte til linjedrivenheten 42 i dens datamottager-krets. Tidsstyresignalkretsen i senderen/mottageren 10 frembringer kun tidsstyresignaler som sin utmatning, hvilke tidsstyringssignaler mottas kun fra kabel 14 i lokalområdenettet. Det bør bemerkes at i den foretrukne utførelsesform er hver fysisk modul i lokalområdenettet forsynt med to sendere/mottagere som vist, en for hver av koaksialkabelen i transmisjonsmediet. Som et resultat av dette kan hver fysisk modul sende og motta datasignaler over begge kabler og kan også motta tidsstyresignaler fra begge kabler i transmisjonsmediet .

Fra det foregående ansees det innlysende at senderen/ mottageren ifølge foreliggende oppfinnelse kan sende til eller motta datasignaler fra en koaksial kabel og samtidig motta et lavfrekvent tidsstyresignal.

I den foretrukne utførelsesform er de betydelige komponenter i senderen/mottageren 10:

som er kommersielt tilgjengelige produkter fra National Semiconductor Corp.

Claims (5)

1. Sender/mottager for å tilføre signaler til og å motta signaler fra en transmisjonslinje (114), omfattende: a) en koblingstransformator (112) som har en transmisjonslinjevikling (116) og en sender/mottagervikling (118), b) driversendermiddel (44, 46, 47) som er koblet til sender/mottagerviklingen (118) for å drive firkantbølge Manchester-kodede datasignaler som har en første frekvens og en forutbestemt maksimum topp-ti1-toppspenning til transmisjonslinjen (114), c) første mottagermiddel (34, 36, 38, 39, 40, 42) som er koblet til sender/mottagerviklingen (118) for å motta nevnte Manchester-kodede datasignaler, d) andre mottagermiddel (22, 20, 28, 30, 32) som er koblet til sender/mottagerviklingen (118) for å motta kvasi-sinusformede tidsstyringssignaler, som har en andre frekvens, med nevnte data- og tidsstyringssignaler tilstedeværende samtidig for transmisjonslinjen (114), karakterisert ved en tilbakeføringskrets (50, 40) som i klargjort tilstand som reaksjon på et tilbakeførings-klargjøringssignal tilfører datasignaler som tilføres sender/mottageren direkte til driverkretsen (42) for datasignalmottageren (34, 36, 38, 39, 40, 42), idet nevnte tilbakeførings-klargjøringssignal når det er tilstede setter senderkretsen (44, 46, 47) ut av funksjon.

2. Sender/mottager som angitt i krav 1, karakterisert ved at et lavpassfilter (22) er koblet mellom sender/mottagerviklingen (118) og en operasjonsforsterker (20) i det andre mottagermidlet (22, 20, 30, 32).

3. Sender/mottager som angitt i krav 2, karakterisert ved at en kompar at or (28) med sin ene inngang (5) er koblet til utgangen på operasjonsforsterkeren (20), ved sin andre inngang (4) mottar en referansespenning, og på sin utgang leverer en firkantformet versjon av tidsstyrings-signalet.

4. Sender/mottager som angitt i krav 3, karakterisert ved at en enkelt impuls-multivibrator (30) er koblet til utgangen av komparatoren (28) for å levere et reformet tidsstyringssignal.

5. Sender/mottager som angitt i krav 3 eller 4, karakterisert ved at datasignalenes frekvens er 5,0 MHz og tidsstyringssignalenes frekvens er 12,5 kHz.