RU2087075C1

RU2087075C1 - Instrument-to-instrument intercommunication device

Info

Publication number: RU2087075C1
Application number: RU95103054A
Authority: RU
Inventors: С.В. Ивлев
Original assignee: Совместное Российско-Шведское предприятие "Геософт-Истлинк" ("Геолинк")
Priority date: 1995-03-03
Filing date: 1995-03-03
Publication date: 1997-08-10
Also published as: RU95103054A

Abstract

FIELD: digital data transmission over electrically isolated communication lines; medical instruments. SUBSTANCE: device has on sending end clock generator, two switching elements, flip-flop, transformer, comparator, delay element, AND gate, diode, inverter; on sending end it has transformer, three diodes, two capacitors, two comparators, flip-flop, switching element, delay element, AND gate, and inverter. EFFECT: simplified design. 3 dwg

Description

Изобретение относится к системам передачи дискретной информации по линиям связи, в частности к системам с гальванической развязкой при помощи импульсных трансформаторов, и может быть использовано в медицинском приборостроении. The invention relates to systems for transmitting discrete information over communication lines, in particular to systems with galvanic isolation using pulse transformers, and can be used in medical instrumentation.

Известно устройство межприборной связи, содержащее на передающей стороне генератор тактовых импульсов, соединенный выходом с управляющим входом первого ключевого элемента, второй ключевой элемент, первый элемент И, первый элемент задержки и передающий трансформатор, соединенный одним выводом первичной обмотки с выходом первого ключевого элемента и через первый компаратор с информационным входом первого триггера, а на приемной стороне второй элемент задержки, третий ключевой элемент и приемный трансформатор, у которого первичная обмотка соединена со вторичной обмотки соединен через второй компаратор с синхронизирующим входом второго триггера, информационный вход которого соединен с выходом третьего компаратора, причем информационные выходы первого и второго триггеров являются информационными выходами соответственно передающей и приемной сторон. A device for inter-instrument communication is known, comprising a clock generator on the transmitting side, connected by the output to the control input of the first key element, a second key element, the first element And, the first delay element and a transmission transformer connected by one output of the primary winding to the output of the first key element and through the first a comparator with the information input of the first trigger, and on the receiving side the second delay element, the third key element and the receiving transformer, in which the primary TCA is connected to the secondary winding is connected via a second comparator to the synchronization input of the second flip-flop having an information input coupled to an output of the third comparator, wherein data outputs of first and second information outputs of flip-flops are respectively transmitting and receiving sides.

Однако для безопасного электропитания цепи элементов приемной стороны устройства необходимо наличие дополнительного источника питания, в частности, гальванически изолированного от элементов приемной стороны устройства, что усложняет конструкцию всего устройства. However, for safe power supply of the circuit of the elements of the receiving side of the device, an additional power source is required, in particular, galvanically isolated from the elements of the receiving side of the device, which complicates the design of the entire device.

Цель предложения устранение отмеченного недостатка, т.е. упрощение устройства. The purpose of the proposal is to eliminate the noted drawback, i.e. simplification of the device.

Для этого в устройстве межприборной связи, содержащем на передающей стороне генератор тактовых импульсов, соединенный выходом с управляющим входом первого ключевого элемента, второй ключевой элемент, первый элемент И, первый элемент задержки и передающий трансформатор, соединенный одним выводом первичной обмотки с выходом первого ключевого элемента и через первый компаратор с информационным входом первого триггера, а на приемной стороне - второй элемент задержки, третий ключевой элемент и приемный трансформатор, у которого первичная обмотка соединена со вторичной обмоткой передающего трансформатора, а один вывод вторичной обмотки соединен через второй компаратор с синхронизирующим входом второго триггера, информационный вход которого соединен с выходом третьего компаратора, причем информационные выходы первого и второго триггеров являются информационными выходами соответственно передающей и приемной сторон, согласно предложению на передающей стороне устройства введены первый диод и первый инвертор, вход которого соединен с генератором тактовых импульсов и синхронизирующим входом первого триггера, а выход через первый элемент задержки, первый элемент И и через второй ключевой элемент с катодом первого диода, анод которого соединен с упомянутым выводом трансформатора, а на приемной стороне устройства введены три диода, два конденсатора, второй элемент И и второй инвертор, вход которого соединен с выходом второго компаратора, а выход через второй элемент задержки, элемент И и третий ключевой элемент с анодом второго диода, катод которого соединен с упомянутым выводом вторичной обмотки трансформатора, входом третьего компаратора и через третий и четвертый диоды соответственно с первым и вторым конденсаторами. To do this, in the inter-instrument communication device containing on the transmitting side a clock pulse generator connected by the output to the control input of the first key element, the second key element, the first element And, the first delay element and the transmitting transformer connected by one output of the primary winding with the output of the first key element and through the first comparator with the information input of the first trigger, and on the receiving side, the second delay element, the third key element and the receiving transformer, which has a primary the winding is connected to the secondary winding of the transmitting transformer, and one output of the secondary winding is connected through a second comparator to the synchronizing input of the second trigger, the information input of which is connected to the output of the third comparator, and the information outputs of the first and second triggers are information outputs of the transmitting and receiving sides, respectively, according to the proposal on the transmitting side of the device, a first diode and a first inverter are introduced, the input of which is connected to a clock and the synchronizing input of the first trigger, and the output through the first delay element, the first element And and through the second key element with the cathode of the first diode, the anode of which is connected to the aforementioned transformer terminal, and three diodes, two capacitors, the second element And and the second are introduced on the receiving side of the device an inverter, the input of which is connected to the output of the second comparator, and the output through the second delay element, the element And and the third key element with the anode of the second diode, the cathode of which is connected to the above-mentioned output of the secondary transformer winding matora, the input of the third comparator and through the third and fourth diodes, respectively, with the first and second capacitors.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема устройства; на фиг. 2 временные диаграммы в точках схемы при передаче нулевой информации; на фиг. 3 то же при передаче единичной информации приемной и/или передающей сторонам устройства. In FIG. 1 shows a circuit diagram of a device; in FIG. 2 time diagrams at points of the circuit when transmitting zero information; in FIG. 3 the same when transmitting unit information to the receiving and / or transmitting sides of the device.

Устройство содержит на передающей стороне 1 генератор 2 тактовых импульсов, соединенный выходом с управляющим входом заземленного ключевого элемента 3, с синхронизирующим входом триггера 4 и через инвертор 5, элемент задержки 6 и элемент И 7 с управляющим входом ключевого элемента 8; трансформатор 9, соединенный одним выводом первичной обмотки с источником питания и с одним из выходов ключевого элемента 8, а другим выводом с одним из выходов ключевого элемента 3, с анодом диода 10, катод которого соединен со вторым выходом ключевого элемента 8 и через компаратор 11 с информационным входом триггера 4. The device contains on the transmitting side 1 a clock generator 2 connected by the output to the control input of the grounded key element 3, with a synchronizing input of the trigger 4 and through the inverter 5, a delay element 6 and the element And 7 with the control input of the key element 8; a transformer 9 connected to one output of the primary winding with a power source and to one of the outputs of the key element 8, and the other output to one of the outputs of the key element 3, with the anode of the diode 10, the cathode of which is connected to the second output of the key element 8 and through the comparator 11 s trigger input 4.

На приемной стороне 12 устройство содержит трансформатор 13, первичная обмотка которого соединена со вторичной обмоткой трансформатора 9, а один вывод вторичной обмотки через диоды 14, 15 соответственно с конденсаторами 16, 17, через компараторы 18, 19 соответственно с синхронизирующим и информационным входами триггера 20 и через диод 21 с одним из выходов заземленного ключевого элемента 22; выход компаратора 18 соединен через инвертор 23, элемент 24 задержки и элемент И 25 с управляющим входом ключевого элемента 22. On the receiving side 12, the device contains a transformer 13, the primary winding of which is connected to the secondary winding of the transformer 9, and one output of the secondary winding through the diodes 14, 15, respectively, with capacitors 16, 17, through comparators 18, 19, respectively, with the synchronizing and information inputs of the trigger 20 and through a diode 21 with one of the outputs of the grounded key element 22; the output of the comparator 18 is connected through an inverter 23, a delay element 24 and an element And 25 with the control input of the key element 22.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Первичная обмотка трансформатора 9 периодически подключается к источнику питания напряжением U₁ ключевым элементом 3, на вход которого подаются тактовые прямоугольные импульсы с периодом T от генератора 2 (фиг. 2а, 3а). Таким образом во время каждого тактового импульса в фазе ожидания первичная обмотка трансформатора 9 на время Т/2 подключается к низкоимпедансному источнику питания, а в фазе передачи отключается от него на время Т/2, и в фазе передачи напряжения на первичной обмотке определяется только магнитным потоком в сердечниках трансформаторов 9, 13 и импедансами подключенных к этой обмотке цепей. На приемной стороне 12 в фазе ожидания через диод 14 заряжается конденсатор 16, который фильтрует напряжение питания U₂, а в фазе передачи через диод 15 током самоиндукции трансформатора 13 заряжается конденсатор 17, который фильтрует напряжение питания U₃. Учитывая, что фазы ожидания и передачи равны по длительности, напряжения U₂, U₃ приблизительно равны по величине, но противоположны по знаку. Полученные напряжения используются для питания элементов приемной стороны 12.The primary winding of the transformer 9 is periodically connected to a power source of voltage U _{1 by a} key element 3, the input of which is supplied with rectangular clock pulses with a period T from generator 2 (Fig. 2a, 3a). Thus, during each clock pulse in the standby phase, the primary winding of the transformer 9 for a T / 2 time is connected to a low impedance power source, and in the transfer phase it is disconnected from it for a T / 2 time, and in the phase of transmission of voltage on the primary winding is determined only by magnetic flux in the cores of transformers 9, 13 and the impedances of the circuits connected to this winding. On the receiving side 12, in the standby phase, a capacitor 16 is charged through the diode 14, which filters the supply voltage U ₂ , and in the phase of transmission through the diode 15, a capacitor 17 is charged by the self-induction current of the transformer 13, which filters the supply voltage U ₃ . Given that the waiting and transmission phases are equal in duration, the voltages U ₂ , U _{3 are} approximately equal in magnitude, but opposite in sign. The resulting voltage is used to power the elements of the receiving side 12.

В случае передачи нулевой информации (фиг. 2g) характер нагрузки приемной стороны 12 таков, что магнитный поток в сердечнике трансформатора 13 непрерывен и напряжение на его вторичной обмотке по форме близко к меандру (фиг. 2h). In the case of transmitting zero information (Fig. 2g), the load nature of the receiving side 12 is such that the magnetic flux in the core of the transformer 13 is continuous and the voltage on its secondary winding is close in shape to the meander (Fig. 2h).

В случае передачи единичной информации от передающей стороны к приемной тактовые импульсы от генератора 2 инвертируются инвертором 5, задерживаются элементом 6 на время τ₁ (τ₁ < T/2) от начала фазы передачи (фиг. 3b) и используются в элементе И 7 для преобразования управляющего сигнала (фиг. 3c) в информационный (фиг. 3d). На время T/2 - τ₁ в конце фазы передачи первичная обмотка трансформатора 9 закорачивается ключевым элементом 8 через диод 10, в результате в конце фазы передачи напряжения на этой обмотке понижается (фиг. 3g). Ввиду сильной магнитной связи между обмотками трансформаторов 9, 13 напряжение на вторичной обмотке трансформатора 13 имеет аналогичную форму (фиг. 3h). Тактовые импульсы с периодом T формируются из напряжения вторичной обмотки трансформатора 13 компаратором 18 с увеличенным диапазоном срабатывания и опорным напряжением U₄ (0<U₄<U₂), поэтому компаратор 18 нечувствителен к процессам приема и передачи информации. Компаратор 19 сравнивает напряжение вторичной обмотки трансформатора 13 с опорным напряжением U₅ (U₃<U₅<0). Триггер 20 фиксирует принимаемый сигнал (фиг. 3l) в начале фазы ожидания.In the case of transmitting unit information from the transmitting side to the receiving side, the clock pulses from the generator 2 are inverted by the inverter 5, delayed by the element 6 for a time τ ₁ (τ ₁ <T / 2) from the beginning of the transmission phase (Fig. 3b) and are used in the And 7 element for converting the control signal (Fig. 3c) into the information signal (Fig. 3d). At the time T / 2 - τ ₁ at the end of the transmission phase, the primary winding of the transformer 9 is shorted by the key element 8 through the diode 10, as a result, at the end of the transmission phase of the voltage on this winding decreases (Fig. 3g). Due to the strong magnetic coupling between the windings of the transformers 9, 13, the voltage on the secondary winding of the transformer 13 has a similar shape (Fig. 3h). Clock pulses with a period T are formed from the voltage of the secondary winding of the transformer 13 by the comparator 18 with an increased response range and a reference voltage U ₄ (0 <U ₄ <U ₂ ), therefore, the comparator 18 is insensitive to the processes of receiving and transmitting information. The comparator 19 compares the voltage of the secondary winding of the transformer 13 with a reference voltage of U ₅ (U ₃ <U ₅ <0). The trigger 20 captures the received signal (Fig. 3l) at the beginning of the waiting phase.

В случае передачи единичной информации от приемной стороны к передающей тактовые импульсы с выхода компаратора 18 инвертируются инвертором 23, задерживаются элементом 24 на время τ₂ (τ₂ < T/2) от начала фазы передачи (фиг. 3m) и используются в элементе И 25 для преобразования управляющего сигнала (фиг. 3n) в информационный (фиг. 3p). На время T/2 - τ₂ в конце фазы передачи вторичная обмотка трансформатора 13 шунтируется ключевым элементом 22 через диод 21. В результате шунтирования вторичной обмотки трансформатора 13 форма напряжения на первичной обмотке трансформатора 9 изменяется, что приводит к срабатыванию компаратора 11 с опорным напряжением U₆ (U₁<U₆<2U₁) и триггер 4 фиксирует единичную информацию (фиг. 3f) в начале фазы ожидания.In the case of transmitting single information from the receiving side to the transmitting one, the clock pulses from the output of the comparator 18 are inverted by the inverter 23, delayed by the element 24 for a time τ ₂ (τ ₂ <T / 2) from the beginning of the transmission phase (Fig. 3m) and are used in the And 25 element to convert the control signal (Fig. 3n) into information (Fig. 3p). At the time T / 2 - τ _2, at the end of the transmission phase, the secondary winding of the transformer 13 is shunted by the key element 22 through the diode 21. As a result of the secondary winding of the transformer 13 being shunted, the voltage shape on the primary winding of the transformer 9 changes, which causes the comparator 11 to operate with the reference voltage U ₆ (U ₁ <U ₆ <2U ₁ ) and trigger 4 captures unit information (FIG. 3f) at the beginning of the waiting phase.

Создан опытный образец предлагаемого устройства, где генератор 2 выполнен на базе инвертора 561ЛН1 с кварцевым резонатором РГ-07, ключевые элементы 3, 8, 22 на полевых транзисторах 590КН8, КП302, 504НТ4В; в качестве триггеров 4, 20 использован триггер 561ТМ2, инверторов 5, 23 инвертор 561ЛН2, элементов задержки 6, 24 RC-цепочка, элементов И 7, 25 логические элементы 561ТЛ1, диодов 10, 14, 15, 21 диоды КД522, компараторов 11, 18, 19 - компаратор 554СА3, конденсаторов 16, 17 электролитические конденсаторы. Опытный образец испытывался в составе аппаратуры контроля биопотенциалов пациента при воздействии на него импульсов дефибриллятора. Испытания опытного образца подтвердили его работоспособность и ожидаемую эффективность. A prototype of the proposed device was created, where the generator 2 is based on the 561LN1 inverter with a RG-07 quartz resonator, the key elements 3, 8, 22 on field effect transistors 590KN8, KP302, 504NT4V; as triggers 4, 20 the trigger 561ТМ2, inverters 5, 23, the inverter 561ЛН2, delay elements 6, 24 RC-circuit, elements And 7, 25 logical elements 561ТЛ1, diodes 10, 14, 15, 21 diodes КД522, comparators 11, 18 are used , 19 - a comparator 554CA3, capacitors 16, 17 electrolytic capacitors. The prototype was tested as part of a patient’s biopotential monitoring equipment when exposed to defibrillator pulses. Tests of the prototype confirmed its performance and expected effectiveness.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет обеспечить безопасное электропитание цепи элементов приемной стороны без использования дополнительного источника питания, тем самым упростить устройство по сравнению с прототипом. Thus, the proposed device allows you to provide a safe power supply circuit of the elements of the receiving side without the use of an additional power source, thereby simplifying the device compared to the prototype.

Claims

An inter-instrument communication device comprising, on the transmitting side, a clock pulse generator connected to an output with a control input of the first key element, a second key element, a first AND element, a first delay element and a transmitting transformer connected to one output of the primary winding with the output of the first key element and through the first comparator with the information input of the first trigger, and on the receiving side, the second delay element, the third key element and the receiving transformer, whose primary winding is connected it is connected to the secondary winding of the transmitting transformer, and one output of the secondary winding is connected through a second comparator to the synchronizing input of the second trigger, the information input of which is connected to the output of the third comparator, the information outputs of the first and second triggers are information outputs of the transmitting and receiving sides, respectively, characterized in that on the transmitting side of the device the first diode and the first inverter are introduced, the input of which is connected to the clock generator and synchronizing m is the input of the first trigger, and the output is through the first delay element, the first element And through the second key element with the cathode of the first diode, the anode of which is connected to the aforementioned transformer terminal, and three diodes, two capacitors, the second element And and the second are introduced on the receiving side of the device an inverter, the input of which is connected to the output of the second comparator, and the output through the second delay element, element And and the third key element with the anode of the second diode, the cathode of which is connected to the aforementioned terminal of the secondary winding of the transformer, input third comparator and through the third and fourth diodes respectively with the first and second capacitors.