WO1998013976A1

WO1998013976A1 - Übertrager-leitungskopplung

Info

Publication number: WO1998013976A1
Application number: PCT/EP1997/005246
Authority: WO
Inventors: Willi Dorn
Original assignee: Willi Dorn
Priority date: 1996-09-28
Filing date: 1997-09-24
Publication date: 1998-04-02
Also published as: DE19640172A1; AU4705497A

Abstract

Eine Übertrager-Leitungskoppelanordnung für nur sendende und/oder empfangende Teilnehmer an einer elektrischen Übertragungsleitung zur Informationsübertragung (3, 13, 20, 46) mit wenigstens zwei Adern (4, 5) bzw. einer Ader und einer leitenden Verbindung über Masse, wobei zur Ankopplung (1) eines Teilnehmers zwischen den Adern (4, 5) eine Serienschaltung aus übertragungsleitungsseitigen Wicklungen (8, 9) von mindestens zwei Übertragern (6, 7) angeschlossen ist. Es wird vorgeschlagen, daß die teilnehmerseitigen Wicklungen (15, 16, 25, 26) der Übertrager in Serie geschaltet sind. Alternativ wird vorgeschlagen, daß an die teilnehmerseitigen Wicklungen (40, 41) der Übertrager eigene, unabhängig voneinander funktionierende Sender- und/oder Empfängerschaltungen (37, 38) angeschlossen sind und daß deren Funktionen gleich sind oder sich ergänzen.

Description

Ubertrager-Leitungskopplung

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eme Ubertrager-Leitungskoppelanordnung gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche

Serielle und parallele elektrische Ubertragungsleitungen werden als Zweipunktverbindung oder als Busse zur Übertragung von Informationen zwischen räumlich voneinander entfernten oder räumlich benachbarten Teilnehmern (auch Datenendgeräte, Stationen, Terminals, usw genannt) verwendet Zweipunktverb dungen verbmden nur zwei Teilnehmer mitemander Diese befinden sich normalerweise an den beiden Enden der Ubertragungsleitung Busse verbmden mindestens zwei, normalerweise jedoch mehr als zwei Teilnehmer mitemander Die Anschlußstellen der Busteilnehmer befinden sich normalerweise an beliebigen Orten längs der Ubertragungsleitung. die in diesem Fall auch Busleitung genannt wird Der

Anschluß eines Teilnehmers an die Ubertragungsleitung erfolgt über emen Leitungskoppler, der in Bussystemen auch Buskoppler genannt wird und der integraler Bestandteil des Teilnehmers sem kann oder auch eme eigenständige Baueinheit In vielen Fallen erfolgt der Anschluß des Teilnehmers an den Leitungskoppler über eme Stichleitung, die eme räumlich entfernte Anbringung der beiden Komponenten ermöglicht

Bei seriellen Ubertragungsleitungen ist nur ein Ubertragungskanal vorhanden Dies fuhrt zu einer geringeren Ubertragungsleistung als bei parallelen Leitungen Im einfachsten Fall besteht eme serielle Ubertragungsleitung aus einem Hm- und einem Ruckleiter Diese einfache Form ist zum Beispiel als e em Hm- und einem Ruckleiter Diese einfache Form ist zum Beispiel als verdrillte Leitung oder als Kσaxialleitung im Einsatz Der geringe Leitungsaufwand fuhrt zu einer Bevorzugung serieller Verbindungen m räumlich ausgedehnten Systemen In der Automatisierungstechmk smd zum Beispiel serielle Busse weit verbreitet Hingewiesen sei auf einige bekannte

Busse z B Profibus, Bitbus, CAN-Bus, ASI Senelle Busse werden jedoch auch zunehmend in Flugzeugen, Fahrzeugen und Schiffen eingesetzt

Bei Systemen mit parallelen Ubertragungsleitungen smd mehrere Ubertragungskanale parallel vorhanden Dies ermöglicht eme höhere

Übertragungskapazität durch gleichzeitige Nutzung der parallelen Ubertragungskanale Nachteilig ist hierbei der höhere techmsche Aufwand zur Bereitstellung mehrerer Ubertragungskanale Für jeden Ubertragungskanal müssen die erforderlichen Sende- und/oder Empfangseinrichtung und eigene elektrische Leiter zur Verfugung gestellt werden Der Aufwand hierfür ist abhangig von den Anforderungen an die Übertragung und von den Umgebungsbedingungen So können bei höheren Anforderungen für jeden Ubertragungskanal eigene elektrische Leitungen mit Hm- und Ruckleiter - gegebenenfalls noch emfach oder mehrfach abgeschirmt - notwendig werden In einfacheren Fallen wird für mehrere Hinleiter nur em einziger gemeinsamer

Ruckleiter benutzt Für die Signalankopplung hegt dieser einfachere Fall auch dann vor, wenn zwar separate Ruckleiter verwendet werden, diese jedoch an jedem Teilnehmer elektrisch mitemander verbunden smd Weit verbreitet smd parallele Busse zur Uberbruckung kiemer räumlicher Entfernungen zum Beispiel als Backplanes m fast allen Computern und in den meisten

Steuerungssystemen Solche Busse smd unter der Bezeichnung ISA, EISA, VLB, PCI, ECB, Multibus, Futurbus, VME usw bekannt Häufig werden jedoch auch parallele Busse zur Uberbruckung mittlerer Entfernungen eingesetzt - so zum Beispiel zum Anschluß von Geraten mit hohem Datendurchsatz in und an Computern Beispiele für solche bekannten Busse smd SCSI, IDE, EIDE, HPIB Oft besteht die Forderung, daß die Teilnehmer an einer elektrischen Ubertragungsleitung (zur Vermeidung von Störungen oder Gefahrdungen) mcht leitend mit den signalubertragenden Leitungstellen verbunden werden dürfen (galvanische Trennung) Die Erfüllung dieser Forderung wird häufig dadurch sichergestellt, daß die Signalubertragung zwischen Teilnehmer und Ubertragungsleitung mduktiv erfolgt Diese induktive Kopplung erfolgt über geeignete Übertrager, auch Koppel- oder Kopplungsubertrager genannt Die Kopplungsubertrager können als Spannungsubertrager (Spannungskoppler) oder als Stromubertrager (Stromkoppler) ausgebildet sein Bei einer

Spannungskopplung werden die leitungsseitigen Ubertragerwicklungen des parallel zur Leitung (zwischen Hm- und Ruckleiter) angeschlossen Bei emer Stromkopplung werden die leitungsseitigen Ubertragerwicklungen seriell zur Leitung (in Serie mit dem Hm- und/oder Ruckleiter) angeschlossen

A weitesten verbreitet ist die Spannungskopplung Em typisches serielles Bussystem mit dieser Technik wird durch die US-Norm MIL-STD-1553 definiert Für Flugkörper wurde em eigener serieller Bus (MULTI- TRANSMΠTER DATA BUS) standardisiert Auch dieser Busstandard (ARTNC 629) sieht auf der physikalischen Ebene als eme von drei Alternativen die Signalkopplung über induktive Spannungsubertrager vor

Abhangig von den geforderten Fähigkeiten des angekoppelten Teilnehmers muß die induktive Ankopplung unidirektional für die Sende- oder die Emfangsπchtung oder bidirektional (für beide Richtungen) erfolgen Die bidirektionale Ankopplung kann über eme einzige

Kop lungsubertrageranordung geschehen In diesem Fall kann auf bekannte Schaltungspnnzipien (Gabelschaltung) zurückgegriffen werden Die bidirektionale Ankopplung kann prinzipiell auch durch zwei unidirektional e induktive Ankopplungen - je eme für jede Richtung - erfolgen Der Ausfall der Übertragung wichtiger (sicherheitsrelevanter) Informationen führt m vielen Anwendungen wie zum Beispiel m Flugzeugen, Fahrzeugen, Schiffen und technischen Anlagen (Atomkraftwerke, Chemieanlagen usw ) zu Gefahren, die mcht zulassig smd Darum müssen die zustandigen Ubertragungssysteme ausfallsicher oder ausfalltolerant sem Die Sicherstellung dieser Eigenschaften erfordert die Einhaltung emes entsprechenden Sicherheitskonzepts

Eme wichtige Aufgabe ist dabei die Einhaltung von Mmdestanforderungen bei der Datenübertragung Neben der Sicherstellung und Überwachung von

System- und Komponenteneigenschaften (zum Beispiel Verfügbarkeit und Qualltat der Ubertragungsleitung und der Leitungskoppler) ist m diesem Zusammenhang auch das Verhindern und Erkennen von Ubertragungsfehlern zu nennen Das Spektrum der Maßnahmen erstreckt sich dabei von der Einhaltung und Überwachung der Signalqualltat (Signalform, Signalpegel,

Synchronisation) über datentechnische Sicherungsmaßnahmen (Generierung und Prüfung von Prüfzeichen, zum Beispiel Cychc Redundancy Check (CRC) oder Paπtatsbits) bis hm zu Plausibihtatsprufungen (nur "sinnvolle" Daten werden akzeptiert) Bekannte Techniken zur Erfüllung all dieser Anforderungen smd die Verwendung hochwertiger Komponenten, die Erhöhung der

Redundanz durch Parallelschaltung wichtiger Komponenten sowie die Fremd- und Selbstuberwachung. Maßnahmen dieser Art smd zum Beispiel aus der JP 5-103 048 A2 und der US 5 167 020 bekannt

Viele Sicherheitskonzepte erlauben eme begrenzte Anzahl und/oder eme begrenzte Kombmation von gleichzeitig auftretenden Fehlern m emem System oder in emem Teilsystem In den oben erwähnten seriellen Bussystemen MIL- STD-1553 und ARINC 629 smd Fehler bestimmter Kategoπen - zum Beispiel der Ausfall einer begrenzten Anzahl von Teilnehmern - 2-ulassιg Dies darf jedoch mcht zu emem Ausfall des gesamten Bussystems führen Darum müssen

Fehler, die zu emem Totalausfall des Bussystems fuhren können, durch konstruktive und schaltungstechnische Maßnahmen ausgeschlossen werden.

Eine wesentliche Aufgabe bei der Verhinderung dieser Fehlerart ist die

Vermeidung von Kurzschlußeinwirkungen der Teilnehmer auf den Bus. Dabei wird davon ausgegangen, daß ein Kurzschluß auch in einem Kopplungsübertrager auftreten kann (zum Beispiel em Windungsschluß in einer

Übertragertragerwicklung). Damit dies nicht zum Ausfall des gesamten

Bussystems führt, werden zum Beispiel die Übertrager der anzukoppelnden

Teilnehmer beim MTL-STD-1553-Bus nicht direkt, sondern in Reihe mit

"Isolationswiderständen" an den Bus angeschlossen.

Die Isolationswiderstände sind so bemessen, daß sie einerseits im Fehlerfall die Kurzschlußeinwirkung des Teilnehmers auf den Bus (Dämpfung, Reflexion) möglichst stark begrenzen und andererseits (bei fehlerfreiem Übertrager) die Signalubertragung zwischen Übertrager und Bus möglichst wenig schwächen. Im ungunstigsten Übertrager-Kurzschlußfall ist dann wenigstens der

Isolationswiderstand am Bus wirksam. Die Forderung nach einer Begrenzung der Kurzschlul-*€mwirkungen (Dämpfung, Reflexion) läßt sich nur mit sehr großen Widerstandswerten erfüllen. Ein großer Widerstandswert hat jedoch den Nachteil, daß im (fehlerfreien) Sendebetrieb mit höheren Treiberspannungen gearbeitet werden muß und ein großer Teil der Sendeleistung in den

Isolationswiderständen in Wärme umgesetzt wird und mcht für die Signalubertragung genutzt werden kann. In der Praxis wird mit Widerstandswerten gearbeitet, die in der Größenordnung der Leitungsimpedanz oder dar ber liegen Trotz hoher Verlustleistung (unerwünschte Wärmeentwicklung, schlechter Wirkungsgrad) werden dabei erhebliche

Zugestandnisse an die Übertragungsqualität notwendig (Reflexion, Störabstand, hochstzulässige Anzahl von Busteilnehmern, strikte Begrenzung der Anzahl gleichzeitig ausgefallener Teilnehmer). In der JP 61-90 535 A2 ist eme Ubertrager-Leitungskoppelanordnung offenbart, die den unabhängigen Ansprüchen gattungsgemaß zugrunde egt Diese Übertrager- Leitungskoppelanordnung für sendende und/oder empfangende Teilnehmer ist an emer elektrischen Ubertragungsleitung zur Energie- und Informationsübertragung mit wenigstens zwei Adern bzw emer Ader und emer leitenden Verbindung über Masse angeschlossen, wobei zur Ankopplung emes Teilnehmers zwischen den Adern eme Seπenschaltung aus ubertragungsleitungsseitigen Wicklungen aus zwei Übertragern angeschlossen ist, die zusammen mit zwei (den teilnehmerseitigen Wicklungen parallel geschalteten) Kondensatoren, emem Schalttransistor und weiteren Schaltungselementen eme umschaltbare Filterfunktion realisieren

Durch die umschaltbare Filterfunktion wird die, auch m anderen Bussystemen übliche, Umschaltung zwischen Sende- und Empfangsbetrieb m emer für die Power-Line -Datenübertragung (Übertragung von Daten über das

Stromversorgungsnetz - zum Beispiel m Gebäuden) besonders gunstigen Form erreicht Die Umschaltung bewirkt (wie üblich), daß immer nur die eme Station, die gerade sendet, mederohmig an die Ubertragungsleitung angekoppelt ist Alle anderen Stationen befinden sich dann im anderen Schaltzustand, der bewirkt, daß sie an der Leitung eme hochohmige Last darstellen, die das Ubertragungssignal nur geringfügig belastet Die Filterfunktion bewirkt durch eme frequenzselektive Unterscheidung zwischen dem schwachen Nutzsignal (Ubertragungssignal) und den hohen Netzspannungen und Storsignalen, daß die Umschaltung m emer für das Nutzsignal besonders effektiven Art geschieht

Die beschriebene Anordnung hat den Nachteil, daß bei emem Kurzschluß an emer beliebigen Wicklung der beiden Übertrager (zum Beispiel bei emem Windungsoder emem Kondensator-Kurzschluß) die Funktion der Schaltung ausfallt oder erheblich gestört ist Da hierdurch auch das Erreichen des hochohmigen Zustands am Bus verhmdert oder beeinträchtigt werden kann, kann die fehlerhafte Station auf der Ubertragungsleitung auch die Signale anderer Stationen zum Beispiel durch Dampfungen und Reflexionen derart beeinträchtigen, daß die

Datenübertragung auf der Leitung ganz ausfallt oder erheblich gestört ist Die

Anordnung eignet sich darum mcht für Bussysteme, bei denen diese Ausfalle

Beeinträchtigungen oder Störungen unzulässig smd Dies trifft zum Beispiel auf Bussysteme mit erhöhten Anforderungen an die Sicherheit, Zuverlässigkeit oder

Signalmtegπtat zu

Es smd auch andere Ubertrager-Leitungskoppelanordnungen bekannt, bei denen em Übertrager mehr als zwei Wicklungen besitzt oder m denen mehrere Übertrager wirksam smd Die zusätzlichen Wicklungen oder Übertrager werden zur Erzielung zusatzlicher Funktionen verwendet, wie zum Beispiel unterschiedliche Spannugsubertragungsfaktoren für beide Signalrichtungen, Ankopplung oder Trennung von Bezugspotentialen, zusatzliche Übertragung von Gleichstromsignalen oder Signalen anderer Frequenzbereiche oder zusätzliche Übertragung von elektrischer Energie

In der DE 37 00293 AI ist eme Ubertrager-Leitungskoppelanordnung mit emem einzigen Übertrager offenbart, der drei Wicklungen besitzt, von denen zwei der Teilnehmerseite zugeordnet smd Hierdurch wird eme für die beiden Signalrichtungen unterschiedliche Signalspannungsubersetzung bewirkt

In der GB 1 360 364 A ist eme Ubertrager-Leitungskoppelanordnung offenbart und smd weitere Anordnungen genannt, bei denen eme Ubertrageranordnung an einer Ubertragungsleitung zur Informationsübertragung mit wemgstens zwei Adern angeschlossen ist Dabei smd zwei leitungsseitige Wicklungen eines einzigen Übertragers jeweils in Reihe mit emem Kondensator an emen gemeinsamen Erdungspunkt angeschlossen wodurch sich für die Übertragung von erdungspunkt-symmetπschen Signalen (Gegentaktsignale) m emem höheren Frequenzbereich, in dem die Kondensatoren mederohmig smd, praktisch eme Reihenschaltung dieser Ubertragerwicklungen ergibt, die dann wie eme einzige Wicklung wirken In einigen der beschriebenen Anordnungen werden auch zwei teilnehmerseitige Wicklungen desselben Übertragers verwendet, die jeweils direkt oder m Reihe mit je emer Wicklung emes zweiten Übertragers an dieselben Kondensatoren angeschlossen smd, an die auch die leitungsseitigen Wicklungen des ersten Übertragers angeschlossen smd Die beiden gleichen Wicklungen des zweiten Übertragers werden gegensinnig von dem durch die beiden teilnehmerseitigen Wicklungen des ersten Übertragers fließenden Signalstrom durchflössen und bilden für diesen praktisch emen Kurzschluß, wodurch sich für Gegentaktsignale im höheren Frequenzbereich auch eme Reihenschaltung der teilnehmerseitigen Wicklungen des ersten Übertragers ergibt, die dann ebenfalls wie eme einzige Wicklung wirkt Die gesamte Anordnung wirkt darum für

Gegentaktsignale in den höheren Frequenzbereichen wie em einzelner Übertrager mit zwei Wicklungen

Der zweite Übertrager ist lediglich für mcht-erdungspunkt-symmetπsche Anteile der teilnehmerseitigen Wicklungsstrome des ersten Übertragers (teilnehmerseitige Gleichtaktstrome) induktiv wirksam, da nur diese dessen Wicklungen gleichsinnig durchfließen Er wird darum im Text der GB 1 360 364 A korrekt als eme Induktivität (mductor) mit zwei Wicklung beschrieben Die teilnehmerseitigen Gleichtaktstrome durchfließen die beiden teilnehmerseitigen Wicklungen des ersten Übertragers jeweils m entgegengesetzten Richtungen, wodurch die induktive Wirkung aufgehoben ist und die Wicklungen für diese Strome praktisch wie Kurzschlüsse wirken (kerne induktive Wirkung) Gleiches gilt für leitungsseitige Gleichtaktstrome m den leitungsseitigen Wicklungen des Übertragers leitungsseitige Gleichtaktstrome fließen auf den beiden Adern der Ubertragungsleitung m gleicher Richtung, was nur möglich ist, wenn für den Stromruckfluß eme zusatzliche leitende Verbindung vorhanden ist

Für Gleichspannungssignale und niederfrequente Signale bilden die oben erwähnten Kondensatoren emen hochohmigen Widerstand Strome, die nicht durch emen der beiden Kondensatoren fließen, können den ersten Übertrager aber nur passieren, wenn sie durch mindestens eme der beiden, an den Kondensatoranschlussen zusammengefügten, Reihenschaltungen aus je emer teilnehmerseitigen und emer leitungsseitigen Wicklung dieses Übertragers fließen Da diese Wicklungen jeweils gleich smd und von diesen Strömen in entgegengesetzten Richtungen durchflössen werden, heben sich die mduktiven Wirkungen auf und der Übertrager wirkt für diese niederfrequenten Strome praktisch wie em Kurzschluß

Den Anordnungen aus den beiden zuletzt genannten Veröffentlichungen (DE 37 00 293 AI und GB 1 360 364 A) ist das Problem gemeinsam, daß diese Ubertragerwicklungen aufweisen, die so angeschlossen und mduktiv gekoppelt sind, daß schon bei emem Kurzschluß m nur emer Ubertragerwicklung oder in der Ubertragerschaltung die Funktion der Anordnung ausfallt oder erheblich gestört ist und daß dadurch auch die Ubertragungsleitung so kurzgeschlossen oder gestört werden kann, daß der Informationsaustausch zwischen anderen Teilnehmern an dieser Leitung ausfallt oder erheblich gestört ist Die

Anordnungen aus der GB 1 360 364 A haben zusatzlich den Nachteil, daß sie elektrisch leitende Verbindungen zwischen der Leitungsseite und der Teilnehmerseite enthalten, die eme (oft notwendige) Potentialtrennung zwischen der Ubertragungsleitung und der Teilnehmerseite verhindern

Hier setzt die Erfindung em Der Erfindung egt das Problem zugrunde, eme kurzschlußtolerante induktive Ubertrager-Leitungskopplung für Teilnehmer an einer elektrischen Zweipunkt- oder Bus-Ubertragungsleitung zu entwickeln, die bei geringeren Energieverlusten eme gleichwertige oder eme höhere Ubertragungsqualitat erzielt und trotz eines Windungsschlusses in emer beliebigen Ubertragerwicklung kernen Ausfall der Datenübertragung zwischen den anderen Teilnehmern an der Ubertragungsleitung hervorruft Zusätzlich bietet die Erfindung die Möglichkeit zum Aufbau von kurzschlußsicheren Ubertrager-Leitungskopplungen, die sogar bei emem beliebigen Wmdungsschluß in emer beliebigen Ubertragerwicklung ihre

Funktionsfahigkeit beibehalten Damit lassen sich dann ausfallsichere Ubertrager-Leitungskopplungen realisieren - zum Beispiel durch

Parallelschaltungstechmken wie die mehrfache parallele Anordnung gleicher oder sich ergänzender Schaltungskomponenten oder umfangreicherer

Schaltungstelle, bis hm zu emer Parallelschaltung von kompletten Leitungskopplern oder Teilnehmern

Das Problem wird erfindungsgemaß bei einer Ubertrager- Leitungskoppelanordnung gemäß den Merkmalen der Ansprüche 1 und 2 gelost Die teilnehmerseitigen Wicklungen der Übertrager smd m Serie geschaltet Dadurch ist es möglich, die Anordnung wie emen einzigen

Übertrager an eme geeignete (einkanalige) Schaltung anzuschließen Es können die teilnehmerseitigen Wicklungen jedes Übertragers der Leitungskoppelanordnung auch an jeweils eigene Teilschaltungen (Kanäle) angeschlossen werden Dies ermöglicht eme Steigerung der Zuverlässigkeit durch emen teilweise oder durchgehend mehrkanaligen Aufbau der

Leitungskoppelanordnung

Em Wmdungsschluß m emer Wicklung emes Übertragers wirkt sich, wegen der für induktive Übertrager typischen Widerstandstransformation, m allen Wicklungen dieses Übertragers wie em entsprechender Kurzschluß aus

Verwendet man m der oben vorgestellten Variante emes einkanaligen Anschlusses (beidseitige Reihenschaltung der Ubertragerwicklungen) gleiche Übertrager oder wenigstens Übertrager mit gleichen Übersetzungsverhältnissen, dann ändert sich bei emem Wmdungsschluß in nur emem der Übertrager an dem Gesamtverhalten der Ubertrageranordnung nichts wesentliches Dies liegt daran, daß dieser Übertrager (mit dem Wmdungsschluß) auf beiden Seiten (Leitungseite und Teilnehmerseite) emen Kurzschluß darstellt und damit für die Übertragung praktisch bedeutungslos wird Dadurch verhalt sich die Gesamtschaltung so, als wäre dieser Übertrager in der Ubertrager- Senenschaltung mcht vorhanden Die Anzahl der Übertrager in emer derartigen zweiseitigen Übertrager Senenschaltung hat jedoch kernen Einfluß auf die hier relevanten Ubertragereigenschaften Strom-, Spannungs- und

Widerstandsubersetzung - solange mindestens noch em Übertrager fehlerfrei arbeitet

Die von den Übertragern zu übertragende Leistung verteilt sich gleichmäßig auf alle m Sene geschalteten Übertrager Darum erhöht sich bei emem Kurzschluß m emem Übertrager der Anteil der zu übertragenden Leistung für die anderen Übertrager der Reihenschaltung Bei den hier üblichen geringen zu übertragenden Leistungen ist dies jedoch unkntisch - m emer gewöhnlichen Ubertrageranordnung muß em Übertrager ohnehm die gesamte Leistung alleme übertragen

Die Impedanz, mit der em nicht-sendender Teilnehmer emen Bus belastet, soll generell möglichst hoch sem Diese Eigenschaft wird dadurch sichergestellt, daß die Schaltungsanordnungen an den teilnehmerseitigen

Ubertragerwicklungen im mcht-sendenden Zustand möglichst hochohmig ist Mit elektronischen Baustemen lassen sich ohne Schwiengkeiten Schaltungen realisieren, deren Widerstand so hochohmig ist, daß die Belastung der teilnehmerseitigen Wicklungen vernachlässigt werden kann Die Busbelastung entspncht dann praktisch der Senenschaltung der Leerlaufimpedanzen der busseitigen Ubertragerwicklungen In der beschriebenen beidseitigen Senenschaltung der Übertrager ist die Busbelastung im fehlerfreien Fall sogar geringer als bei emer gewöhnlichen Ubertragerkopplung Sie überschreitet selbst im ungunstigsten Fehlerfall (nur noch em Übertrager m der Senenschaltung kurzschlußfrei) mcht die Belastung, die eme fehlerfreie gewohnliche Ubertragerkoppleranordnung darstellt

Bei dem beschnebenen einkanaligen Anschluß der m Sene geschalteten teilnehmerseitigen Ubertragerwicklungen muß sichergestellt werden, daß mcht em Kurzschluß über die gesamte Wicklungssenenschaltung hinweg auftreten kann Bei Empfangerschaltungen, die ja ohnehin hochohmig auszulegen smd, kann dies insbesondere durch Seπen widerstände zwischen den teilnehmerseitigen Ubertragerwicklungen und der Empfangerschaltung realisiert werden

Senderschaltungen müssen beim Senden mederohmig an die Busleitung angekoppelt sem In spannungsgekoppelten Bussystemen müssen im nichtsendenden Zustand die Sender jedoch den Bus freigeben Sie dürfen dann kerne nennenswerte Last darstellen Diese Grundfunktionen der Senderschaltung smd allgemeine Senderfunktionen - unabhängig vom Sicherheitskonzept Bei der beschriebenen kurzschlußtoleranten und kurzschlußsicheren Ubertrager-

Leitungskopplungen muß die Abkopplung des Senders von der Ubertragungsleitung jedoch sicher und zuverlässig funktionieren Darum muß das Schaltelement das diese Trennung bewirkt erhöhten Zuverlassigkeitsanforderungen entsprechen Ist der Sender eme Stromquelle oder eme Spannungsquelle mit ausreichend hoher Ausgangsimpedanz m den relevanten Frequenzbereichen, dann kann auf die spezielle Schaltfunktion zur Sendertrennung verzichtet werden, da m diesem Fall der Senderausgang bei mcht vorhandenem Sender-Eingangssignal lediglich eme vemachlassigbare hochohmige Last darstellt

Eme besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht dann, daß die teilnehmerseitige Wicklungsreihenschaltung in der oben beschriebenen einkanaligen Anordnung oder die teilnehmerseitige Wicklung in jedem Kanal der oben beschriebenen mehrkanaligen Anordnung emes Leitungskopplers e Viertel emer Bruckenschaltung bildet, die m den anderen Teilen Impedanzen hat, mit denen die Brücke so abgeglichen ist, daß em, in der emen Bruckendiagonale durch emen Sendeverstarker eingespeistes Signal zwar die Wicklungsanordnung m der Brücke beaufschlagt, mcht jedoch den Eingang eines Empfangsverstarkers, der die Spannung der anderen Bruckendiagonale verstärkt Der Empfangsverstarker verstärkt darum nur die

Empfangssignalspannungen, die durch die Ubertrageranordnung von der Leitung empfangen und m die Wicklungsanordnung m der Brücke induziert werden Diese Anordnung ermöglicht den bidirektionalen Betneb des

Leitungskopplers Dabei können Senden und Empfangen gleichzeitig stattfinden Diese Technik kann aber auch vorteilhaft m Systemen genutzt werden, in denen das gleichzeitige Senden und Empfangen mcht vorgesehen ist In diesem Fall kann em sendender Teilnehmer durch den Parallelempfang feststellen, ob er alleme sendet, oder ob fehlerhafterweise auch noch andere

Teilnehmer senden

Eme besonders vorteilhafte Ausführungsform der Vanante mit teilnehmerseitiger Senenschaltung der Ubertragerwicklungen besteht dann , daß diese Senenschaltung der Ubertragerwicklungen durch eme parallel liegende Senenschaltung aus Widerstanden oder anderen Impedanzen zu emer Bruckenschaltung ergänzt wird Die Widerstände in dieser Brücke werden so dimensioniert, daß im fehlerfreien Fall m beiden Bruckenzweigen gleiche

Spannungsteilerfaktoren vorhanden smd Dadurch ergeben sich m den Bruckenzweigen diskrete Paare von Schaltungspunkten an denen die Spannungen im fehlerfreien Fall m beiden Bruckenzweigen gleich smd Em Differenzverstarker, der die Spannung zwischen zwei so zugeordneten Schaltungspunkten vergleicht, liefert im fehlerfreien Fall em Nullsignal Bei

Fehlern m oder an den Übertragern, zum Beispiel bei emem Wmdungsschluß, wird jedoch die Brücke verstimmt und der Differenzverstarker liefert dann em anderes Signal, das dadurch die Bedeutung emer Fehlermeldung hat

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Ausführungsbei spielen beschrieben, aus dem sich weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben

Es zeigen Fig 1 em Ubersichtschaltbild emer Ubertrager-Leitungskoppelanordnung, Fig 2 em Schaltbild mit emer Ubertrager-Leitungskoppelanordnung für den

Empfang von Signalen, Fig 3 ein Schaltbild mit emer Ubertrager-Leitungskoppelanordnung und emer teilnehmerseitigen Schaltung für bidirektionalen Betneb, Fig 4 em Schaltbild mit emer Ubertrager-Leitungskoppelanordnung mit zweikanaliger Ausführung emes Teils der teilnehmerseitigen Schaltung

Eme Ubertrager-Leitungskoppelanordnung 1 für den Anschluß emes Teilnehmers 2 an emen elektnschen senellen Bus 3 mit zwei Adern 4, 5, die verdnllt sem können, enthalt zwei Übertrager 6, 7, die gleich ausgebildet smd

Die Übertrager 6, 7 haben gleiche Wicklungen 8, 9, die z B als Primärwicklungen bezeichnet werden können Die m Sene geschalteten Wicklungen 8, 9 smd parallel an die beiden Adern 4, 5 des Busses 3 angeschlossen Die anderen Wicklungen 10, 1 1 der Übertrager 6, 7, die als Sekundärwicklungen bezeichnet werden können, smd z B einzeln mit je emem

Transceiver verbunden Die gleich ausgebildeten Wicklungen 10, 1 1 können aber auch m Reihe geschaltet und an nur emen Transceiver 12 angeschlossen werden Em wesentliches Merkmal der Erfindung ist, daß wenigstens zwei Wicklungen wemgstens zweier getrennter Übertrager in Reihe an den Bus angeschlossen smd Die Übertrager 6, 7 können Signale zwischen dem Bus 3 und dem Transceiver 12 übertragen Die Schaltung und die Busleitungen smd so ausgelegt, daß jeweils em Kurzschluß parallel zum Bus mcht möglich ist Die geschieht durch konstruktive und schaltungstechnische Ausbildung der Kabel, der Verbindungselemente und der Schaltung

Die m Fig 1 dargestellte Anordnung führt bei Einfachfehlern wie Wmdungsschlussen an emem Übertrager nicht zu emer Beeinträchtigung der Signalubertragung zwischen den ubngen Teilnehmern Der Transceiver 12 kann so ausgeführt werden, daß der Anschluß des Teilnehmers 2 über längere Stichleitungen erfolgen darf Bei emem Wmdungsschluß m emer beliebigen

Wicklung 8, 9, 10, 1 1 der Koppelubertrager 6, 7 bleibt die Funktion der Buskoppelanordnung 1 und damit auch die Funktion des Teilnehmers und der

Busleitung erhalten Bei anderen Emfachfehlern kann zwar der Teilnehmer, dessen Ankoppelschaltung gestört ist, m machen Fallen mcht mehr den Betneb mit den ubngen Teilnehmern durcMühren, jedoch ist der Bus für die ubngen Teilnehmer mcht gestört

Der Bus hat mit der erfindungsgemaßen Schaltung eme wesentlich geringere Ausfallwahrscheinlichkeit, da bei emem Wmdungsschlussen die Funktionsfahigkeit erhalten bleibt Da für die Fehlensolation kerne Widerstände zwischen den Busleitungen und den Ubertragerwicklungen benotigt werden, smd die Busbelastung und die Verluste geringer, d h die hochstzulässige Teilnehmerzahl und der elektnsche Wirkungsgrad smd hoher

Die Fig 2 zeigt eme nur empfangende Ubertrager-Buskoppelanordnung 14, die mit emem senellen Bus 13 verbunden ist Die Buskoppelanordnung 14 enthalt zwei gleiche Übertrager 15, 16, deren Sekundär- und Primärwicklungen m Reihe geschaltet smd Auf der Teilnehmerseite smd die in Reihe geschalteten Sekundärwicklungen zur Erhöhung des am Bus wirksamen Eingangswiderstandes der Busankopplung zusätzlich mit hochohmigen Widerstanden 17, 18 m Reihe geschaltet Die Reihenschaltung aus den

Sekundärwicklungen und den Widerstanden ist mit emem Verstarker 19 verbunden, an den der mcht naher dargestellte Teilnehmer angeschlossen ist Die hochohmigen Widerstände 17, 18 verhindern, daß em Kurzschluß im Ver starker 19 auf den Bus einwirkt Sie erhohen aber auch den am Bus wirksamen Eingangswiderstand der Busankopplung wenn kern Kurzschluß im

Verstarker vorliegt, was sich gunstig auf ώe Busbelastung auswirkt Möglich ist bei remen Empfängern, d h nur m Teilnehmernchtung verlaufender Signalubertragung auch die Anordnung von Widerstanden zwischen den Leitungen des Busses 13 und den Pnmarwicklungen der Übertrager 15, 16 Die Anordnung der Widerstände auf der Sekundarseite der Übertrager 15, 16 ist aber gunstiger, weil die auf der Pnmarseite fließenden Strome um die Magnetisierungsstrome der Übertrager großer smd als die Sekundarstrome Selbstverständlich ist hierbei noch das Übersetzungsverhältnis der Übertrager zu berücksichtigen Bei einem Windungsschluß m emem der Übertrager 15, 16 wird die Funktion des Teilnehmers aufrecht erhalten

In Fig 3 ist eme Anordnung dargestellt, bei der e Transceiver 21 über eme Koppelubertrageranordnung 22 mit emem senellen Bus 20 verbunden ist Die Koppelubertrageranordnung 22 enthalt die beiden Übertrager 23, 24 deren mcht naher bezeichneten busseitigen Wicklungen m Reihe geschaltet smd

Die teilnehmerseitigen Wicklungen 25, 26 der beiden Übertrager 23, 24 bilden m Reihenschaltung emen Zweig emer Bruckenschaltung, bei der m Reihe mit den Wicklungen 25, 26 eme Impedanz 27 gelegt ist, wodurch die eme Hälfte der Brücke vervollständigt wird Die andere Hälfte der Brücke besteht aus den in Reihe geschalteten Impedanzen 28, 29' Die beiden Verbindungsstellen der beiden Bruckenhalften stellen die eme Bruckendiagonale Eme der beiden Verbindungen ist durch die Verbindung der beiden Impedanzen 27 und 29' mit emem Bezugspotentialpunkt (Masse) realisiert Die andere Verbindung der beiden Bruckenhalften besteht aus der Verbindung der Wicklung 25 des Übertragers 23 und der Impedanz 28 Diese Verbindung der Wicklung 25 und der Impedanz 29' ist über e Schaltelement 29 an den Ausgang emes Sendever starkers 30 angeschlossen, der e Bestandteil des Teilnehmers 21 ist Die beiden Punkte der anderen Bruckendiagonale, d h die Verbindungsstellen zwischen den Impedanzen 28, 29' einerseits und der Wicklung 26 und der Impedanz 27 andererseits, smd an je emen Eingang emes Differenzverstarkers

33 angeschlossen Die vorstehend beschnebene Brücke wird un folgenden auch als "äußere Brücke" bezeichnet Dies ist der wesentliche Teil der Anordnung zur Signalubertragung

Die Senenschaltung der Wicklungen 25, 26 bildet noch emen Zweig emer weiteren Brücke Diese weitere Brücke wird im folgenden auch als "innere Brücke" bezeichnet Der andere Zweig der Brücke wird von zwei in Reihe geschalteten Widerstanden 31, 32 gebildet Die Verbmdungspunkte innerhalb der beiden Bruckenzweige bilden eme Bruckendiagonale und smd an die Eingange emes weiteren Differenzverstarkers 34 angeschlossen Dies ist der wesentliche Teil der Anordnung zur Erkennung von Ubertagerfehlern

Das Schaltelement 29 ist fehlersicher, d h das Schaltelement ist un Fehlerfall z B bei Ausfall der Betπebsspannung offen

Im Empfangsbetneb ist das Schaltelement 29 offen Wird dann die Busleitung durch emen anderen Busteilnehmer mit emem Signal beaufschlagt, dann geben die beiden Wicklungen 25, 26 eme induzierte Empfangsspannung m die "äußere" Brücke ab Für diese Spannung bildet die "äußere" Brücke emen geschlossenen Stromkreis Em Teil der induzierten Empfangsspannung gelangt darum an die beiden Eingange des Differenzverstarkers 33 Deshalb ändert dieser sem Ausgangssignal entsprechend dem empfangenen Signal Durch Emstellung der Verstärkung des Differnzverstarkers 33 kann der Signalpegel an die nachfolgende Schaltung angepaßt werden Beim fehlerfreien Empfang geben die beiden Wicklungen 25, 26 gleiche Signalspannungen aus Die "innere" Brücke ist so abgeglichen, daß dann die Spannung an der

Bruckendiagonalen, an der auch die beiden Eingange des Differenzverstarkers 34 angeschlossen smd, null ist Ist jedoch em Fehler, zum Beispiel em Wmdungsschluß, an emem der Übertrager 23, 24 vorhanden, dann smd die von den Wicklungen 25, 26 abgegebenen Spannungen ungleich, wodurch eme Spannung an der Bruckendiagonalen der "inneren" Brücke ansteht, die den

Differenzverstarker 34 zur Abgabe emer Fehlermeldung veranlaßt Die Verstärkung des Differnzverstarkers 34 wird so eingestellt, daß kerne Storsignale, die durch Rauschen entstehen, die nachfolgende Auswerteschaltung beeinträchtigen Wird der Fehler durch emen Wicklungsschluß verursacht, dann stört dies mcht die Funktion der Anordnung

Der Fehler ist aber sofort lokalisiert und kann behoben werden Beim Senden ist das Schaltelement 29 geschlossen und das Sendesignal hegt an den beiden Zweigen der "äußeren" Brücke Die "äußere" Brücke ist so abgeglichen, daß das Sendesignal an den beiden Eingangen des Differenzverstarkers 33 kerne Differenzspannung hervorruft und darum der

Ausgang des Differenzverstarkers 33 em Ausgangssignal abgibt, das konstant ist und den fehlerfreien Sendebetneb anzeigt Auch die "innere" Brücke ist bezuglich des Sendesignals so abgeglichen, daß die Spannung an der Bruckendiagonalen, an der auch die beiden Eingange des Differenzverstarkers 34 angeschlossen smd nur dann mcht null ist, wenn em Fehler, zum Beispiel em

Wmdungsschluß, an emem der Übertrager 23, 24 vorhanden ist Darum signalisiert der Ausgang des Differenzverstarkers 34 beim Senden die Fehlerzustande der Übertrager 23, 24 genauso wie beim Empfangen

Signale, die un Sendebetneb durch emen anderen Sender oder durch

Reflexionen auf die Leitung gelangen, beeinflussen genauso wie un Empfangsbetneb die äußere Brücke und erzeugen so em Empfangssignal am Ausgang des Empfangsverstarkers 33 Der Empfangsverstarkerausgang kann darum zur Erkennung von Kolhsionsfehlern und Reflexionsfehlern oder - zum Beispiel bei emer Zweipunktverbmdung - zum gleichzeitigen Empfang wahrend des Sendebetnebs benutzt werden

Die Anordnung gemäß Fig 3 ermöglicht mcht nur eme Fehlererkennung sondern auch die Unterscheidung verschiedener Arten von Fehlern Bei emem Ubertragerfehler wird die innere Brücke verstimmt, d h der Differenzverstarker

34 gibt eme Meldung aus Im remen Sendebtneb treten bei emer Kollision mit emem mit dem Signal emes fremden Senders ebenso wie bei emer Reflexion durch Leitungsstorungen am Differenzverstarker 33 Signale bzw Meldungen auf Die in Fig. 3 dargestellte Anordnung erlaubt die bidirektionale Datenübertragung, wobei Senden und Empfangen über die gleichen Übertrager stattfindet. Weiterhin ist eine Erkennung von Übertragerfehlern möglich. Wenn ein Leitungsfehler vorhanden ist, findet ebenfalls eme entsprechende Anzeige statt, d.h. es ist eine Reflexionserkennung möglich. Eine Kollision mit den

Sendesignalen eines fremden Senders kann als Fehler angezeigt werden. Bei einer Zweipunktverbindung ist gleichzeitiges Senden und Empfangen möglich.

Die Fig. 4 zeigt eine Schaltung, die in mehreren Betriebsarten arbeiten kann. An einen Bus 46 ist eine Serienschaltung aus den Primärwicklungen 44, 45 zweier Übertrager 42, 43 angeschlossen. Die Sekundärwicklungen 40, 41 sind mit einem zweikanaligen Transceiver 35 verbunden, dessen zwei Sende-, Empfangsschaltungen 37, 38 je an eine Sekundärwicklung 40, 41 der Übertrager 42, 43 angeschlossen sind.

Der zweikanalige Betrieb kann bei der Anordnung gemäß Fig. 4 durch zwei gleich arbeitende oder durch zwei unterschiedlich arbeitende Kanäle erfolgen.

Bei gleich arbeitenden Kanälen werden im Sendebetrieb in die Wicklungen 40, 41 gleiche Ströme eingeprägt. Die Übertrager 42, 43 sind gleich ausgebildet.

Fällt ein Übertrager durch emen Kurzschluß aus, dann wird infolge der Stromeinprägung immer noch der gleiche Strom auf dem Bus 46 übertragen

Bei voneinander verschiedenen Kanälen ergänzen sich die Funktionen der beiden Kanäle gegenseitig. Die Unterschiede können sich auf die Sende- oder die Empfangsfunktion erstrecken oder auf beide Funktionen. So kann z.B. der Kanal 37 einen Sender enthalten und der Kanal 38 emen Schalter, der die Wicklung 41 des Übertragers im Sendebetrieb kurzschließt. Wenn der Sender nicht senden soll, wird der Schalter im Kanal 38 geöffnet. In der Anordnung gemäß Fig. 4 ist die Schnittstelle zum Teilnehmer einkanalig ausgelegt. Die Anschlußleitungen für das Sendesignal 39, das Empfangssignal

47 und das Umsteuersignal 36 sind nur einmal vorhanden. Ist der Teilnehmer jedoch ebenfalls zweikanalig aufgebaut, dann werden die Schnittstellensignale der beiden Kanäle 37, 38 getrennt zu den betreffenden Kanälen des

Teilnehmers geführt.

Claims

Patentansprüche

Ubertrager-Leitungskoppelanordnung für sendende und/oder empfangende Teilnehmer an emer elektnschen Ubertragungsleitung zur Informationsübertragung (3, 13, 20, 46) mit wemgstens zwei Adern (4, 5) bzw emer Ader und emer leitenden Verbmdung über Masse, wobei zur Ankopplung (1) emes Teilnehmers zwischen den Adern (4, 5) eme Senenschaltung aus ubertragungsleitungsseitigen Wicklungen (8, 9) von mindestens zwei

Übertragern (6, 7) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die teilnehmerseitigen Wicklungen (15, 16, 25, 26) der Übertrager m Sene geschaltet smd

Ubertrager-Leitungskoppelanordnung für sendende und/oder empfangende Teilnehmer an emer elektnschen Ubertragungsleitung zur Informationsübertragung (3, 13, 20, 46) mit wemgstens zwei Adern (4, 5) bzw emer Ader und emer leitenden Verbmdung über Masse, wobei zur Ankopplung (1 ) emes Teilnehmers zwischen den Adern (4, 5) eme Senenschaltung aus ubertragungsleitungsseitigen Wicklungen (8, 9) von mindestens zwei Übertragern (6, 7) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß an die teilnehmerseitigen Wicklungen (40, 41) der Übertrager eigene, Empfangerschaltungen (37, 38) angeschlossen sind und daß deren Funktionen gleich smd oder sich erganzen unabhängig voneinander funktionierende Sender- und/oder

Ubertrager-Leitungskoppelanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungskoppelanordnung bei Teilnehmern, die Leitungssignale senden und empfangen, wahlweise für jede der beiden Richtungen getrennt vorhanden ist (14) oder nur einmal gemeinsam für beide Richtungen (21)

4 Ubertrager-Leitungskoppelanordnung nach emem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sendeverstarker (30) m die teilnehmerseitige Ubertragerwicklung (40, 41) bzw Ubertragerwιcklungen(10, 1 1, 25, 26) oder m eme Senenschaltung aus dieser Wicklung bzw Wicklungen und weiteren Schaltungsbaustemen (27) jeweils emen Strom empragt

Ubertrager-Leitungskoppelanordnung nach emem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sendeverstarker (30) m die teilnehmerseitige Ubertragerwicklung (40, 41 ) bzw Ubertragerwicklungen (10, 11, 25, 26) oder m eme Parallelschaltung aus dieser Wicklung bzw Wicklungen und weiteren Schaltungsbaustemen (28, 29', 31, 32) jeweils eme Spannung empragt

Ubertrager-Leitungskoppelanordnung nach emem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die teilnehmerseitigen Ubertragerwicklungen (25, 26) m den Leitungskoppelanordnungen (22) m Sene mit emem fehlersicheren

Schaltelement (29) an den Ausgang des Sendeverstarkers (30) angeschlossen

Ubertrager-Leitungskoppelanordnung nach emem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche 1 , 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu der Senenschaltung der teilnehmerseitigen

Ubertragerwicklungen (25, 26) em Spannungsteiler (31, 32) gelegt ist, dessen

Spannungsteilerverhaltnisse den Spannungsteilerverhaltnissen der fehlerfreien

Wicklungssenenschaltung entsprechen und daß m der so gebildeten Bruckenschaltung (25, 26, 31, 32) die Verbmdungspunkte, die im fehlerfreien

Fall auf gleichem Spannungspotential liegen, so an die Eingange emes

Differenzverstarkers (34) angeschlossen smd, daß dessen Ausgang bei emer, durch Ubertragerfehler hervorgerufenen Asymmetne, em Fehlersignal bildet

8 Ubertrager-Leitungskoppelanordnung nach emem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Leitungssystemen, m denen zur Erhöhung der Ubertragungskanale mehr als zwei Adern vorgesehen smd, für jeden Ubertragungskanal die Ubertrageranordnung so ausgebildet ist, daß zwischen behebigen Adern mindestens die Wicklungen aus zwei verschiedenen Übertragern m Sene geschaltet smd

Ubertrager-Leitungskoppelanordnung nach emem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Adern emem Bus oder emer Zweipunktverbmdung zugeordnet smd