RU188979U1 - Transceiver with galvanic isolation - Google Patents

Transceiver with galvanic isolation Download PDF

Info

Publication number
RU188979U1
RU188979U1 RU2018130637U RU2018130637U RU188979U1 RU 188979 U1 RU188979 U1 RU 188979U1 RU 2018130637 U RU2018130637 U RU 2018130637U RU 2018130637 U RU2018130637 U RU 2018130637U RU 188979 U1 RU188979 U1 RU 188979U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
transformer
module
drivers
technical solution
digital data
Prior art date
Application number
RU2018130637U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Валерьевич Хачатуров
Original Assignee
Дмитрий Валерьевич Хачатуров
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 Дмитрий Валерьевич Хачатуров filed Critical Дмитрий Валерьевич Хачатуров
Priority to RU2018130637U priority Critical patent/RU188979U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU188979U1 publication Critical patent/RU188979U1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L5/00Arrangements affording multiple use of the transmission path
    • H04L5/14Two-way operation using the same type of signal, i.e. duplex

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Dc Digital Transmission (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

Техническое решение относится к области электроники, в частности к устройствам приема и передачи информации между встроенными процессорами, и может быть использовано для приема и передачи информации посредством интерфейсов RS-485, RS-422 с гальванической развязкой, в системах автоматического управления и системах сбора и обработки информации.Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что приемопередающее устройство с гальванической развязкой содержит микроконтроллер, драйверы интерфейсов цифровой передачи данных, развязывающий трансформатор и выполнено с возможностью передачи данных через развязывающий трансформатор посредством аппаратного модуля UART, за счёт программного NRZ кодирования.Технический результат, достигнутый от реализации заявляемой полезной модели, заключается в уменьшении габаритов устройства, снижении себестоимости, повышении точности передачи сигналов. 2 ил.The technical solution relates to the field of electronics, in particular, to devices for receiving and transmitting information between embedded processors, and can be used for receiving and transmitting information through RS-485, RS-422 interfaces with galvanic decoupling, in automatic control systems and systems for collecting and processing information. The essence of the proposed technical solution lies in the fact that the transceiver device with galvanic decoupling contains a microcontroller, drivers for digital data transmission interfaces, linguistic transformer and made with the ability to transfer data through a decoupling transformer through a hardware module UART, due to software NRZ coding. 2 Il.

Description

Техническое решение относится к области электроники, в частности к устройствам приема и передачи информации между встроенными процессорами, и может быть использовано для приема и передачи информации посредством интерфейсов RS-485, RS-422 с гальванической развязкой, в системах автоматического управления и системах сбора и обработки информации.The technical solution relates to the field of electronics, in particular, to devices for receiving and transmitting information between embedded processors, and can be used for receiving and transmitting information through RS-485, RS-422 interfaces with galvanic decoupling, in automatic control systems and systems for collecting and processing information.

Использование технических решений на основе трансформаторов для передачи данных и/или энергии через гальваническую развязку является известным из уровня техники. Указанные технические решения применяются в промышленном оборудовании, медицинском оборудовании, робототехнике, системах освещения и других устройствах, требующих защиты чувствительных к высокому напряжению элементов.The use of transformer-based technical solutions for the transmission of data and / or energy through galvanic isolation is known in the art. These technical solutions are used in industrial equipment, medical equipment, robotics, lighting systems and other devices that require the protection of high-voltage sensitive elements.

Основным направлением в развитии приемопередающих устройств является снижение себестоимости, уменьшение габаритов, использование в конструкции стандартных комплектующих. Одним из вариантов достижения указанных улучшений является реализация гальванической развязки на основе трансформаторов, выполняющих передачу данных и энергии, исключая дополнительную гальваническую развязку источников питания.The main direction in the development of transceiver devices is to reduce costs, reduce size, use in the construction of standard components. One of the options to achieve these improvements is the implementation of galvanic isolation based on transformers that perform data and energy transmission, excluding additional electrical isolation of power supplies.

Из патента РФ на изобретение № 2254671 известен способ передачи управляющих сигналов с гальванической развязкой и устройство для его осуществления. В описанном изобретении устройство содержит трансформатор, пять резисторов, три диода, преобразователь уровня, источник прямоугольных импульсов и транзистор.From the Russian patent for invention No. 2254671, a method of transmitting control signals with galvanic isolation and a device for its implementation is known. In the described invention, the device includes a transformer, five resistors, three diodes, a level converter, a source of rectangular pulses and a transistor.

К недостаткам технического решения можно отнести многоэлементную схему устройства, что приводить к увеличению его габаритов и себестоимости.The disadvantages of the technical solution include a multi-element scheme of the device, which leads to an increase in its size and cost.

Известна также схема приемопередатчика с трансформаторной гальванической развязкой описанная в патенте США 7683654 В2 от 30.04.2003 «Signal isolators circuit micro-transformers».Also known is a transceiver circuit with a transformer galvanic decoupling described in US patent 7683654 B2 of 04.30.2003 "Signal isolators circuit micro-transformers".

В описанном устройстве в качестве гальванической развязки используется импульсный трансформатор, который включен между формирователем импульсов и усилителем передатчика, помещен внутри микросхемы и не имеет непосредственной связи с внешними цепями. Импульсный трансформатор делит схему приемопередатчика на две части. Одна из них имеет гальваническую связь с аппаратурой, в состав которой входит приемопередатчик, который питается от общего с аппаратурой источника питания. Другая часть не имеет гальванической связи с основной аппаратурой и требует дополнительного источника питания, гальванически развязанного от основной аппаратуры.In the described device, a pulse transformer is used as galvanic isolation, which is connected between the pulse shaper and the transmitter amplifier, placed inside the microcircuit and has no direct connection with external circuits. Pulse transformer divides the transceiver circuit into two parts. One of them has a galvanic connection with the equipment, which includes a transceiver, which is powered by a common power source with the equipment. The other part does not have a galvanic connection with the main equipment and requires an additional power source galvanically isolated from the main equipment.

В качестве ближайшего аналога принято техническое решение, защищенное патентом РФ на изобретение № 2511429 от 19.17.2012 из которого известен приемопередатчик последовательного интерфейса с элементом гальванической развязки. Описанное в патенте устройство содержит элемент гальванической развязки, последовательно включенные кодирующее устройство входной информации, формирователь длительности импульсов, оконечный усилитель передатчика, а также последовательно включенные входной усилитель приемника и декодирующее устройство. Элемент гальванической развязки включен между оконечным усилителем передатчика и линией связи, а вход усилителя приемника подключен к выходу оконечного усилителя передатчика. Входные сигналы, поступающие на элемент гальванической развязки, кодируются двумя разнополярными импульсами, соответствующими фронту и спаду входного сигнала.As the closest analogue, a technical decision has been made that is protected by the RF patent for invention No. 2511429 dated 19.17.2012 from which the transceiver of the serial interface with the element of galvanic isolation is known. The device described in the patent contains a galvanic decoupling element, an input information encoder connected in series, a pulse width driver, a transmitter terminal amplifier, and a receiver input amplifier connected in series and a decoder. A galvanic isolation element is connected between the terminal amplifier of the transmitter and the communication line, and the input of the amplifier of the receiver is connected to the output of the terminal amplifier of the transmitter. The input signals to the galvanic decoupling element are encoded by two bipolar pulses corresponding to the front and the decay of the input signal.

К недостаткам описанного технического решения можно отнести использование в конструкции импульсного трансформатора, что может привести к неточностям в передаче сигнала при его насыщении, также использование дополнительных элементов формирования и усиления импульсов усложняет схему устройства и может привести увеличению себестоимости и габаритов.The disadvantages of the described technical solution include the use in the design of a pulse transformer, which can lead to inaccuracies in signal transmission when it is saturated, the use of additional elements of the formation and amplification of pulses complicates the design of the device and may lead to an increase in cost and size.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение является создание устройства приема/передачи данных по интерфейсам RS-485, RS-422 уменьшенных габаритов с использованием стандартных комплектующих, а также с обеспечением помехоустойчивости и надежности в работе.The technical task, the solution of which is the claimed technical solution is the creation of a device for receiving / transmitting data via RS-485, RS-422 interfaces of reduced dimensions using standard components, as well as ensuring noise immunity and reliability in operation.

Технический результат, достигнутый от реализации заявляемой полезной модели, заключается в уменьшении габаритов устройства, снижении себестоимости, повышении точности передачи сигналов.The technical result achieved from the implementation of the proposed utility model is to reduce the size of the device, reducing cost, improving the accuracy of signal transmission.

Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что приемопередающее устройство с гальванической развязкой содержит микроконтроллер, драйверы интерфейсов цифровой передачи данных, развязывающий трансформатор и выполнено с возможностью передачи/приема данных через развязывающий трансформатор посредством аппаратного модуля UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) с программным NRZ (non return to zero) кодированием/декодированием входного сигнала.The essence of the proposed technical solution is that the transceiver device with galvanic decoupling contains a microcontroller, digital data transfer interface drivers, an isolation transformer and is configured to transmit / receive data via an isolation transformer via a Universal Asynchronous Receiver-Transmitter UART hardware module (non return to zero) encoding / decoding the input signal.

Согласно одному из возможных вариантов реализации технического решения микроконтроллер содержит модуль сравнения Output Compare, совмещенный с таймером управления переключением входа приём/передача в драйверах интерфейсов цифровой передачи данных RS-485, RS-422.According to one of the possible options for implementing a technical solution, the microcontroller contains a Compare Output module, combined with a receive / transmit input switching control timer in RS-485, RS-422 digital data interface drivers.

Сущность заявляемого технического решения поясняется, но не ограничивается приведенными графическими материалами:The essence of the proposed technical solution is explained, but not limited to the graphic materials:

фиг.1 – блок-схема приемопередающего устройства с гальванической развязкой (вариант 1);figure 1 - block diagram of a transceiver device with galvanic decoupling (option 1);

фиг.2 – блок-схема приемопередающего устройства с гальванической развязкой (вариант 2).figure 2 - block diagram of a transceiver device with galvanic decoupling (option 2).

Согласно одному из возможных вариантов реализации заявляемого технического решения устройство содержит, по меньшей мере, один микроконтроллер 1 (фиг.1,2), драйверы 2 интерфейсов цифровой передачи данных RS-485, RS-422, и по меньшей мере, один развязывающий трансформатор 3 с терминальными нагрузочными резисторами 4.According to one possible implementation variant of the proposed technical solution, the device contains at least one microcontroller 1 (FIG. 1.2), drivers 2 interfaces of digital data transmission RS-485, RS-422, and at least one isolation transformer 3 with terminal load resistors 4.

В одном из возможных вариантов реализации технического решения устройство реализовано на базе стандартного микроконтроллера, который содержит: блок данных DATA (5, 6), блок программного NRZ кодирования/декодирования (7, 8), преобразователь передаваемых/принимаемых данных в последовательный вид в виде аппаратного модуля UART 9,10. Также указанный микронтроллер (МК) содержит модуль сравнения 11 Output Compare, совмещенный с таймером 12 управления входом переключения приём/передача в драйверах 2 интерфейсов цифровой передачи данных RS-485, RS-422 посредством сигнала управления Direction. Использование таймера с аппаратным переключением выводов МК посредством контроля времени прохождения сигнала через модули UART 9,10 на обмотки развязывающего трансформатора позволяет избежать перенасыщения трансформатора, повышая тем самым качество сигнала и надежность работы приемопередающего устройства.In one of the possible options for implementing a technical solution, the device is implemented on the basis of a standard microcontroller, which contains: a data block DATA (5, 6), a software NRZ encoding / decoding block (7, 8), a converter of the transmitted / received data into a serial form in the form of hardware UART module 9,10. Also, the specified micron controller (MC) contains a comparison module 11 Output Compare, combined with a timer 12 controlling the input of the switching input / transmission in the drivers 2 of the RS-485, RS-422 digital data transmission interfaces by means of the Direction control signal. Using a timer with hardware switching of terminals MK by controlling the time of signal passing through the UART 9,10 modules to the windings of an isolation transformer allows you to avoid oversaturation of the transformer, thereby improving the signal quality and reliability of the transceiver.

Модуль сравнения работает совместно с таймером. Преимущественно работа модуля основана на сравнении значения регистра таймера со значением одного или двух регистров модуля сравнения (в зависимости от режима работы модуля). Состояние на выходном выводе данного модуля изменяется, когда значение таймера соответствует значению в регистре сравнения.The comparison module works in conjunction with a timer. Predominantly, the operation of the module is based on comparing the value of the timer register with the value of one or two registers of the comparison module (depending on the mode of operation of the module). The state on the output pin of this module changes when the timer value matches the value in the compare register.

Модуль сравнения генерирует или одиночный импульс или последовательность импульсов на выходе, изменяя состояние вывода МК в соответствии с режимом работы:The comparison module generates either a single pulse or a sequence of pulses at the output, changing the output state of the MC in accordance with the mode of operation:

- прерывание передачи данных UART;- interruption of UART data transmission;

- наполнение буфера передатчика UART;- filling the UART transmitter buffer;

- отмена прерывания;- cancellation of interruption;

- запуск таймера на время равное длине пакета данных + 1 бит;- start the timer at the time equal to the length of the data packet + 1 bit;

- передача данных UART.- UART data transmission.

В другом из возможных вариантов реализации устройства, переключение может быть реализовано посредством сигнала RTS.In another possible implementation of the device, switching can be implemented by means of an RTS signal.

Для построения интерфейса на основе рассматриваемого приемопередатчика с элементом гальванической развязки используется дифференциальная пара 13. Так как дифференциальные сигналы более устойчивы к воздействию электромагнитных помех по сравнению с одиночными проводниками, данный способ подключения способствует повышению качества передаваемого сигнала.To build an interface based on the considered transceiver with an element of galvanic isolation, a differential pair of 13 is used. Since differential signals are more resistant to electromagnetic interference than single conductors, this connection method improves the quality of the transmitted signal.

Работу заявляемого технического решения согласно описанному варианту реализации можно описать следующим образом.The operation of the proposed technical solution according to the described embodiment can be described as follows.

Сигналы с данными DATA поступающие в микроконтроллер подаются на блок программного NRZ кодирования/декодирования (7, 8) для преобразования информации в цифровой вид с последующей передачей сигнала на аппаратный модуль UART который может быть реализован как на базе МК, так и в виде отдельной микросхемы, обеспечивающей связь с другими цифровыми устройствами, в частности с драйверами 2 интерфейсов цифровой передачи данных RS-485, RS-422, связанных с обмотками трансформатора, обеспечивающего гальваническую развязку сигналов и подачу питающего напряжения Uп разной полярности на МК. В варианте реализации устройства (фиг.2) в схему устройства включен дополнительный трансформатор 14, что позволяет использовать драйвер 2 интерфейса цифровой передачи данных – RS-422.Signals with DATA data coming into the microcontroller are fed to the NRZ encoding / decoding software block (7, 8) to convert the information into digital form with a subsequent signal transfer to the hardware UART module which can be implemented either on the basis of the MC, or as a separate microcircuit, providing communication with other digital devices, in particular with drivers of 2 interfaces of digital data transmission RS-485, RS-422, connected to the windings of a transformer, providing galvanic isolation of signals and power supply I Un different polarity to the MC. In an embodiment of the device (FIG. 2), an additional transformer 14 is included in the device circuit, which allows using the driver of the digital data interface RS-422.

В каждом из приведенных вариантов реализации устройства, посредством модуля сравнения 11 Output Compare, совмещенного с таймером 12, обеспечивают контроль времени прохождения сигнала (пакета данных) через модуль UART управляя переключением выводов МК исключая насыщение развязывающего трансформатора.In each of the above options for the implementation of the device, through a comparison module 11 Output Compare, combined with timer 12, provide control of the signal transit time (data packet) through the UART module by controlling the switching of MC pins excluding the saturation of the isolation transformer.

Реализация заявляемого технического решения способствует достижению указанного технического результата, обеспечивая уменьшение габаритов устройства, упрощение схемы и способа его работы, что приводит к снижению себестоимости, а также повышению точности передачи сигналов.Implementation of the proposed technical solution contributes to the achievement of the technical result, providing a reduction in the size of the device, simplifying the scheme and method of its operation, which leads to a decrease in cost, as well as improving the accuracy of signal transmission.

Claims (1)

Приемопередающее устройство с гальванической развязкой, содержащее микроконтроллер (МК), драйверы интерфейсов цифровой передачи данных и развязывающий трансформатор, отличающееся тем, что выполнено с возможностью передачи/приема данных через связанный с микроконтроллером развязывающий трансформатор, посредством совмещенного с МК аппаратного модуля UART и связанного с ним модуля программного NRZ кодирования/декодирования входного сигнала, также модуль UART связан с драйверами интерфейсов цифровой передачи данных, связанных с обмотками трансформатора, при этом, указанный МК содержит модуль сравнения, выполненный с возможностью изменения состояния выводов МК, совмещенный с таймером управления входом переключения прием/передача в драйверах интерфейсов цифровой передачи данных.Transceiver device with galvanic decoupling, containing a microcontroller (MC), digital data transmission interface drivers and an isolation transformer, characterized in that it is capable of transmitting / receiving data through an isolation transformer connected to the microcontroller by means of the UART hardware module combined with the MC and associated module of the NRZ software for encoding / decoding the input signal; the UART module is also associated with the drivers of digital data transmission interfaces associated with the windings of t the transformer, in this case, the specified MK contains a comparison module, configured to change the state of the MK pins, combined with a receive / transmit control switch input timer in the drivers of digital data transmission interfaces.
RU2018130637U 2018-08-23 2018-08-23 Transceiver with galvanic isolation RU188979U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018130637U RU188979U1 (en) 2018-08-23 2018-08-23 Transceiver with galvanic isolation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018130637U RU188979U1 (en) 2018-08-23 2018-08-23 Transceiver with galvanic isolation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU188979U1 true RU188979U1 (en) 2019-04-30

Family

ID=66430922

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018130637U RU188979U1 (en) 2018-08-23 2018-08-23 Transceiver with galvanic isolation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU188979U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU215322U1 (en) * 2022-03-14 2022-12-08 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" DEVICE FOR AUTOMATIC TURNING ON OF RADIO TRANSMITTING DEVICE

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004100473A2 (en) * 2003-04-30 2004-11-18 Analog Devices, Inc. Signal isolators using micro-transformers
US20110026544A1 (en) * 2009-07-30 2011-02-03 Stmicroelectronics S.R.L. Signals communication apparatus
RU2511429C2 (en) * 2012-07-19 2014-04-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н.А. Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП") Serial interface transceiver with galvanic isolation element
RU169776U1 (en) * 2016-07-29 2017-04-03 Общество с ограниченной ответственностью "Чуткий дом" (ООО "Чуткий дом") Sensor network node for monitoring current and voltage
RU2661278C1 (en) * 2017-06-16 2018-07-13 Открытое акционерное общество "Авангард" Logic signals galvanic isolation device (embodiments)

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004100473A2 (en) * 2003-04-30 2004-11-18 Analog Devices, Inc. Signal isolators using micro-transformers
US20110026544A1 (en) * 2009-07-30 2011-02-03 Stmicroelectronics S.R.L. Signals communication apparatus
RU2511429C2 (en) * 2012-07-19 2014-04-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н.А. Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП") Serial interface transceiver with galvanic isolation element
RU169776U1 (en) * 2016-07-29 2017-04-03 Общество с ограниченной ответственностью "Чуткий дом" (ООО "Чуткий дом") Sensor network node for monitoring current and voltage
RU2661278C1 (en) * 2017-06-16 2018-07-13 Открытое акционерное общество "Авангард" Logic signals galvanic isolation device (embodiments)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU215322U1 (en) * 2022-03-14 2022-12-08 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" DEVICE FOR AUTOMATIC TURNING ON OF RADIO TRANSMITTING DEVICE
RU2811914C1 (en) * 2023-02-03 2024-01-18 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" Method for automatically turning on radio transmitting device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9589720B2 (en) Signal transmission device and switching power supply
US4280221A (en) Digital data communication system
US6894536B2 (en) Low power NRZ interconnect for pulsed signaling
CN108228514B (en) Single bus transmission method and system
US20210050734A1 (en) Multi-level encoding for battery management system field
RU2007139097A (en) CURRENT MODE CONNECTOR FOR HIGH-SPEED COMMUNICATION OUTSIDE THE IC
US10320589B1 (en) Signal isolation circuit
RU188979U1 (en) Transceiver with galvanic isolation
RU2511429C2 (en) Serial interface transceiver with galvanic isolation element
RU109621U1 (en) Integrated digital microcircuit with transformer isolation
US8754698B2 (en) Circuit and method for signal voltage transmission within a driver of a power semiconductor switch
UA133005U (en) TRANSMITTING AND TRANSMITTING DEVICE
RU2661278C1 (en) Logic signals galvanic isolation device (embodiments)
CN209860886U (en) Signal isolation chip and communication circuit for sensing signals
WO2015111124A1 (en) Insulation communication device
CN206281501U (en) A kind of transmitter
US12045191B2 (en) Serial interface
CN210609117U (en) Anti-interference circuit for digital signal transmission
CN210168029U (en) Communication circuit for multiple sensing signals
RU186467U1 (en) TRANSMISSION DEVICE FOR MANCHESTER CODING
RU63148U1 (en) PHYSICAL IMPLEMENTATION OF THE CAN 2.0V INTERFACE TRANSMITTER MODULE ON A TWO-WAY CURRENT LINE
CN112313862B (en) Isolation driver
US20220163936A1 (en) Serial isolation communication method, device and system
SU1116561A1 (en) Interequipment two-way communication device
SU1283777A1 (en) Device for exchanging information between two pieces of using equipment