WO2001001645A1 - Schaltungsanordnung und verfahren zur galvanisch getrennten breitband-übertragung - Google Patents

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WO2001001645A1
WO2001001645A1 PCT/DE2000/002068 DE0002068W WO0101645A1 WO 2001001645 A1 WO2001001645 A1 WO 2001001645A1 DE 0002068 W DE0002068 W DE 0002068W WO 0101645 A1 WO0101645 A1 WO 0101645A1
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input
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Ludger Klein-Reesink
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00—Baseband systems
    • H04L25/02—Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
    • H04L25/0264—Arrangements for coupling to transmission lines
    • H04L25/0266—Arrangements for providing Galvanic isolation, e.g. by means of magnetic or capacitive coupling
    • H04L25/0268—Arrangements for providing Galvanic isolation, e.g. by means of magnetic or capacitive coupling with modulation and subsequent demodulation

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for the electrical isolation of systems with broadband transmission.
  • the invention also relates to a method for the galvanic separation of systems with broadband transmission.
  • a source of errors in data transmission is the galvanic interference caused by common current paths, which is noticeable by voltage drops compared to the common ground connection, caused by contact resistance at connections or plug connections, which are superimposed on the data signals.
  • galvanic decoupling One way to avoid galvanic interference is galvanic decoupling.
  • the decoupling is carried out by avoiding common reference conductors and by electrical isolation of circuits and is implemented in the data transmission by the use of optocouplers.
  • High-speed optocouplers are required for fast data transmission as is common today in computer technology, for example with a "Universal Serial Bus" USB.
  • a disadvantage of the high-speed optocouplers is the high purchase price, mainly because many competing companies are active in this area, and therefore the amount of the production and thus the acquisition costs is decisive for the selection by the buyer and for the success of the company.
  • Another disadvantage of the optocouplers are the relatively large temperature and voltage-dependent signal delays, which cause difficulties especially when several data signals are transmitted in parallel, since in extreme cases the individual delays of the optocouplers can differ so that the transmitted data signals are no longer synchronous.
  • the object on which the invention is based is the implementation of a simple, inexpensive arrangement and methods for the galvanically isolated broadband transmission in systems for signal transmission.
  • the circuit arrangement according to the invention has an input stage and an output stage, which are decoupled by a decoupling device.
  • the input stage contains a line for the transmission of a clock signal, at least one second line for the transmission of one data signal each, a first ground potential and at least one first means for signal linking; the number of first signal linking means being determined by the number of data signals in such a way that a first signal linking means is assigned to each data signal.
  • the output stage contains at least a second means for signal linking, a filter connected downstream of the second signal linking means, and a second ground potential. al; the number of second signal linking means and the filter being determined by the number of data signals such that a second signal linking means and each filter downstream of the second signal linking means is assigned to each data signal.
  • the first signal linking means has a first signal input, to which a data signal is present, and a second signal input, to which the clock signal is present, and is designed such that a first output signal is output at a first signal output as a data signal superimposed on the clock signal.
  • the second signal linking means has a third signal input, to which a decoupled first output signal is present, and a fourth signal input, to which a decoupled clock signal is applied, and is designed such that a second output signal is provided as a decoupled data signal freed from the decoupled clock signal a second signal output is output, with a filter connected downstream of the second signal linking means, which filters away sound pulses contained in the second output signal, so that a third output signal is generated as a decoupled data signal freed from noise pulses.
  • the input stage and the output stage are decoupled in such a way that the first ground potential is galvanically isolated from the second ground potential and the clock signal and the respective first output signal are transmitted in an electrically isolated manner.
  • the main advantages of the circuit arrangement for galvanically isolated broadband transmission according to the invention are the short signal propagation times, which are also calculable, since they essentially depend on the signal linking means used and the frequency of the clock signal, and the low cost, since standard components are used. those that can be obtained at reasonable prices due to their mass production. Because the runtimes can be calculated, this circuit arrangement can be used in particular for implementing parallel data transmission.
  • a major advantage of the further developments according to claims 3 and 4 is the cost-effective acquisition of the logical logic elements used, which are also particularly simple and space-saving - there are a.
  • the development according to claim 5 is also characterized by low acquisition costs and also saves a negation element if the first and second signal linking means are also "XOR gates".
  • the further development according to claim 6 is also characterized by low acquisition costs and also saves a negation element if the first and second signal linking means are also "XNOR gates".
  • the advantageous development according to claim 9 ensures stable potentials at the signal inputs of the signal linking means with respect to the second ground potential, so that even in the absence of input signals and / or unstable input signals, a defined and / or stable output signal is always generated at the signal output of the signal linking means.
  • the low-pass filter implemented by the advantageous development according to claim 10 represents a simple and inexpensive arrangement for removing existing interference pulses.
  • a data signal from at least one data signal is combined with a high-frequency clock signal in an input stage to form a first output signal.
  • the respective data signal is superimposed on the high-frequency clock signal.
  • the respective first output signal and the clock signal are transmitted to an output stage in an electrically isolated manner, a first ground potential of the input stage being galvanically separated from a second ground potential of the output stage.
  • a galvanically separated first output signal and a galvanically separated clock signal are combined in the output stage to form a second output signal.
  • the galvanically separated first output signal is separated from the galvanically separated clock signal.
  • interference pulses present in the second output signal are filtered, so that a third output signal is generated as a filtered data signal.
  • the method according to the invention enables a cost-effective and simple implementation of an electrically isolated transmission of signals.
  • the advantage of the development according to claim 13 is the revision of any - caused by the method - deviations of the data and clock pulses from a rectangular pulse shape, which data and clock signals generally have.
  • a circuit arrangement for the galvanically isolated transmission of a data signal is provided.
  • the FIGURE shows a circuit arrangement SA which can be divided into an input stage ES and an output stage AS, the division of the input stage ES and the output stage AS by a galvanic isolation, which is carried out by a decoupling device EK. Because of this electrical isolation, the input stage has a first ground potential MP1 and the output stage AS has a galvanically isolated second ground potential MP2.
  • the circuit arrangement SA is used for the galvanically isolated transmission of a data signal D IN , which is generated by an external signal source VI, with reference to the circuit arrangement.
  • the data signal D IN is fed to the input stage ES and there is linked by an exclusive-OR gate (XOR gate) Gl to a high-frequency clock signal CLCK, so that a first output signal S1 is output at a first signal output AI of the gate Gl corresponds to a data signal superimposed on the high-frequency clock signal; ie the data signal D IN is modulated with the high-frequency clock signal CLCK, the clock signal CLCK taking on the role of the carrier frequency known from signal theory.
  • XOR gate exclusive-OR gate
  • the high-frequency clock signal CLCK is generated by a generator that is part of the input stage ES (internal signal source).
  • the input stage can also be designed such that the clock signal CLCK is generated by an external signal source and is supplied to the input stage ES.
  • the decoupling device EK shown in the drawing is composed of three capacitors C1, C2 and C3, the capacitor C1 the first ground potential MP1 from the second ground potential MP2, the capacitor C2 the clock signal CLCK from the output stage AS and the capacitor C3 the first output signal Sl galvanically isolates the output stage AS by connecting the respective capacitor C1, C2 or C3 between the sides to be separated. This ensures that the clock signal CLCK and the first output signal S1 are transmitted to the output stage AS in an electrically isolated manner.
  • the capacitors used are, for example, ceramic capacitors which are particularly suitable because of their high voltage strength.
  • inductive transmitters can be used to implement the electrical isolation of the input stage ES and the output stage AS, for example LAN transmitters, which are particularly suitable for high-speed transmission; wherein the first ground potential MP1 and the first output signal S1 and a third signal input E3 and the second ground potential MP2 are connected to the primary side of a first transmitter, and the first ground potential MP1 and the clock signal CLCK and the clock signal CLCK and the secondary side to the primary side of a second transmitter a fourth signal input E4 and the second ground potential MP2 are connected.
  • LAN transmitters which are particularly suitable for high-speed transmission
  • the first and second transmitters electrically isolate the first ground potential MSI from the second ground potential MS2 as well as the clock signal CLCK and the first output signal S1 from the output stage AS, thereby implementing a galvanically isolated transmission of the clock signal CLCK and the first output signal from output stage AS.
  • the output stage has a second XOR gate, at the third signal input E3 of which the galvanically isolated first output signal S1 'and the fourth signal input E4 of the galvanically isolated clock signal CLCK' are present, the second XOR gate G2 being linked by linking the galvanically separated one first output signal S1 'and the galvanically separated clock signal CLCK' generates a second output signal S2 at the second signal output A2. Since the first output signal S1 is a superimposition of the clock signal CLCK by the data signal D IN , the first output signal S1 is separated from the data signal D ⁇ N by separating the clock signal CLCK ', which is transmitted in an electrically isolated manner generates a second output signal S2 as a galvanically separated data signal.
  • the second XOR gate G2 also ensures synchronization of signals from the input stage ES and the output stage AS and compensates for any deviations from a rectangular pulse shape which the signals generally have, since XOR gates generate output signals with a rectangular pulse shape.
  • Output signal S2 is fed to a filter RC, which is also part of the output stage AS.
  • the filter RC represents a low-pass filter, which is constructed from a known interconnection of a third resistor R3 and a fourth capacitor C4.
  • the resistance value and the capacitance of the capacitor are dimensioned such that the comparatively high-frequency interference pulses for the galvanically separated data signal are filtered out of the second output signal, so that a third output signal S3 is present between the third resistor R3 and the fourth capacitor C4.
  • a suitable interconnection of the resistor and the coil or the use of suitable integrated filter modules can achieve the same effect.
  • the second XOR gate G2 is followed by a third XOR gate G3, which outputs a restored data signal D ⁇ N 'at a third signal output A3.
  • the third XOR gate is connected downstream of the filter RC such that the third output signal S3 is applied to a fifth signal input E5 and the second ground potential MP2 to a sixth signal input E6 of the third XOR gate G3.
  • the third XOR gate G3 shown is also part of the output stage AS. However, it is also possible to move the third XOR gate G3 to an external circuit to which the output stage AS is connected; i.e. the output stage can also be implemented without the third XOR gate G3.
  • circuit arrangement SA is characterized in particular by the fact that it is particularly suitable for parallel, electrically isolated data transmission. The presence of several data signals that are to be transmitted in parallel is characteristic of the parallel data transmission.

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Abstract

Um eine einfache und kostengünstige galvanisch getrennte Übertragung von Datensignalen zu ermöglichen, werden diese in einer Eingangsstufe einem Taktsignal überlagert und über eine Entkopplungseinrichtung galvanisch getrennt an eine Ausgangsstufe übertragen. In der Ausgangsstufe wird der Anteil des Taktsignals, dem die übertragenen Signale überlagert sind, weggefiltert. Impulsformveränderungen der übertragenen Signale durch das galvanisch getrennte Übertragen oder durch das Wegfiltern des Taktsignals werden in der Ausgangsstufe ebenfalls ausgeglichen, so daß am Ausgang der Schaltungsanordnung gefilterte Datensignale anliegen.

Description

Beschreibung
Schaltungsanordnung und Verfahren zur galvanisch getrennten Breitband-Ubertragung
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur galvanischen Trennung von Systemen mit Breitband-Übertragung.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur galvani- sehen Trennung von Systemen mit Breitband-Ubertragung.
Da die Anforderungen an die Geschwindigkeit einer Datenübertragung stetig steigen, stellt eine störungsfreie Übertragung von Daten im Zeitalter der Verschmelzung von Informations- und Kommunikationsnetzen eine Herausforderung für die auf diesem Gebiet tätigen Entwickler dar, da mit der Geschwindigkeit auch die Störanfälligkeit der übertragenen Daten zunimmt .
Eine Quelle für Fehler bei der Datenübertragung ist die durch gemeinsame Stromwege verursachte galvanische Storbeemflus- sung, die sich durch Spannungsabfalle gegenüber dem gemeinsamen Masseanschluß, verursacht durch Ubergangswiderstande an Anschlüssen oder Steckverbindungen, bemerkbar macht, welche sich den Datensignalen überlagern.
Ein Möglichkeit, die galvanische Storbeeinflussung zu vermeiden, ist die galvanische Entkopplung. Die Entkopplung erfolgt durch Vermeiden gemeinsamer Bezugsleiter und durch Potential- trennung von Stromkreisen und wird bei der Datenübertragung durch den Einsatz von Optokopplern realisiert.
Für eine schnelle Datenübertragung wie sie heute in der Rechnertechnik üblich ist, beispielsweise bei einem "Universal Serial Bus" USB, sind Hochgeschwmdigkeits-Optokoppler erforderlich. Ein Nachteil der Hochgeschwindigkeits-Optokoppler ist der hohe Anschaffungspreis, vor allem weil zugleich auf diesem Gebiet viele konkurrierende Unternehmen tätig sind, und daher die Höhe der Produktions- und damit der Anschaffungskosten entscheidend für die Auswahl durch den Käufer und für den Erfolg der Unternehmen ist.
Ein weiterer Nachteil der Optokoppler sind die relativ großen temperatur- und spannungsabhängigen Signallaufzeiten, die vor allem bei der parallelen Übertragung von mehreren Datensignalen Schwierigkeiten verursachen, da sich die einzelnen Laufzeiten der Optokoppler im Extremfall so unterscheiden können, daß die übertragenen Datensignale nicht mehr synchron sind.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist die Realisierung einer einfachen kostengünstigen Anordnung sowie Verfahren zur galvanisch getrennten Breitband-Übertragung in Systemen zur Signalübertragung.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 bzw. den Merkmalen des Patentanspruches 12 gelöst.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung weist eine Eingangsstufe sowie eine Ausgangsstufe auf, die durch eine Entkopp- lungseinrichtung entkoppelt sind.
Die Eingangsstufe enthält eine Leitung zur Übertragung eines Taktsignals, mindestens eine zweite Leitung zur Übertragung jeweils eines Datensignals, ein erstes Massepotential sowie mindestens ein erstes Mittel zur Signalverknüpfung; wobei die Anzahl der ersten Signalverknüpfungsmittel durch die Anzahl der Datensignale derart bestimmt ist, daß jedem Datensignal ein erstes Signalverknüpfungsmittel zugeordnet ist.
Die Ausgangsstufe enthält mindestens ein zweites Mittel zur Signalverknüpfung, einen den zweiten Signalverknüpfungsmitteln nachgeschalteten Filter sowie ein zweites Massepotenti- al; wobei die Anzahl der zweiten Signalverknupfungsmittel und der Filter durch die Anzahl der Datensignale derart bestimmt ist, daß jedem Datensignal ein zweites Signalverknupfungsmittel und jeweils das dem zweiten Signalverknupfungsmittel nachgeschaltete Filter zugeordnet ist.
Das erste Signalverknupfungsmittel weist einen ersten Signaleingang, an dem ein Datensignal anliegt, und einen zweiten Signaleingang, an dem das Taktsignal anliegt, auf und ist derart ausgestaltet, daß e n erstes Ausgangssignal als ein dem Taktsignal überlagertes Datensignal an einem ersten Signalausgang ausgegeben wird.
Das zweite Signalverknupfungsmittel weist einen dritten Si- gnaleingang, an dem ein entkoppeltes erstes Ausgangssignal anliegt, und einen vierten Signaleingang, an dem ein entkoppeltes Taktsignal anliegt, auf und ist derart ausgestaltet, daß ein zweites Ausgangssignal als ein von dem entkoppelten Taktsignal befreites entkoppeltes Datensignal an einem zwei- ten Signalausgang ausgegeben wird, wobei dem zweiten Signalverknupfungsmittel jeweils ein Filter nachgeschaltet ist, der im zweiten Ausgangssignal enthaltene Stonmpulse wegfiltert, so daß ein drittes Ausgangssignal als ein von Stoπmpulsen befreites entkoppeltes Datensignal erzeugt wird.
Die Eingangsstufe und die Ausgangsstufe sind derart entkoppelt, daß das erste Massepotential von dem zweiten Massepo- tential galvanisch getrennt wird und das Taktsignal und das jeweils erste Ausgangssignal galvanisch getrennt übertragen werden.
Der wesentliche Vorteil der erfmdungsgemaßen Schaltungsanordnung zur galvanisch getrennten Breitbandubertragung sind die geringen Signallaufzeiten, die zudem kalkulierbar sind, da sie im wesentlichen von den verwendeten Signalverknup- fungsmitteln sowie der Frequenz des Taktsignals abhangen, sowie die geringen Kosten, da Standardbauteile verwendet wer- den, die aufgrund ihrer Massenproduktion zu gunstigen Preisen bezogen werden können. Durch die Kalkulierbarkeit der Laufzeiten ist diese Schaltungsanordnung insbesondere für die Umsetzung einer parallelen Datenübertragung einzusetzen.
Durch vorteilhafte Weiterbildung gemäß Anspruch 2 werden etwaige durch den Filter verursachte Abweichungen von der rechteckigen Form, die Daten- und Taktimpulse im allgemeinen aufweisen, rückgängig gemacht, so daß unter anderem auch eine sicherere Detektion der Datensignale ermöglicht wird.
Wesentlicher Vorteil der Weiterbildungen gemäß Anspruch 3 und 4 ist die kostengünstige Anschaffung der verwendeten logischen Verknupfungsglieder, die zudem eine besonders einfache und platzsparende - es liegen l.a. mehrere Verknupfungsglieder in einer integrierten Schaltung vor - Anordnung zur Realisierung der Überlagerung des Taktsignals durch das Datensignal .
Die Weiterbildung gemäß Anspruch 5 zeichnet sich ebenfalls durch niedrige Anschaffungskosten aus und spart zudem ein Negationsglied ein, wenn die ersten und zweiten Signalverknupfungsmittel ebenfalls "XOR-Gatter" sind.
Analog zur Weiterbildung gemäß Anspruch 5 zeichnet sich die Weiterbildung gemäß Anspruch 6 ebenfalls durch niedrige Anschaffungskosten aus und spart zudem ein Negationsglied ein, wenn die ersten und zweiten Signalverknupfungsmittel ebenfalls "XNOR-Gatter" sind.
Wesentliche Vorteile der Weiterbildung gemäß Anspruch 7 sind die kostengünstige Anschaffung der Übertrager, der reduzierte Platzbedarf der Übertrager, da es beispielsweise IC-Gehause gibt, die 8 Übertrager (LAN-Ubertrager) beinhalten, außerdem zeichnen sie sich durch große Hochspannungsfestigkeit aus und erzeugen keine Brummspannung. Wesentliche Vorteile der Weiterbildung gemäß Anspruch 8 sind die kostengünstige Anschaffung, da es sich bei Kondensatoren, insbesondere den für die Entkopplung notwendigen Kondensatoren, um günstige Massenprodukte handelt, und eine minimal notwendige Anzahl von Leitungen, da nur das zu entkoppelnde Signal zum galvanischen Trennen an einem ersten Anschluß des Kondensators angeschlossen werden muß und das entkoppelte Signal an einem zweiten Anschluß des Kondensators abgegriffen werden kann.
Die vorteilhafte Weiterbildung gemäß Anspruch.9 gewährleistet an den Signaleingängen der Signalverknupfungsmittel stabile Potentiale gegenüber dem zweiten Massepotential, so daß sogar bei fehlenden Eingangssignalen und/oder instabilen Eingangs- Signalen stets ein definiertes und/oder stabiles Ausgangssignal am Signalausgang des Signalverknüpfungsmittels erzeugt wird.
Das durch die vorteilhafte Weiterbildung gemäß Anspruch 10 realisierte Tiefpaßfilter stellt eine einfache und kostengünstige Anordnung zum Entfernen vorhandener Störimpulse dar.
Durch die vorteilhafte Weiterbildung nach Anspruch 11 ist eine Speisung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit ei- nem externen Taktsignal nicht mehr notwendig, dadurch wird zum einen ein Anschluß sowie eine externe Leitung für die Zufuhr des externen Taktsignals eingespart und zum anderen ist die Toleranz und Güte des Taktsignals - im Gegensatz zu dem externen Taktsignal - bekannt, so daß die Schaltungsanordnung optimal darauf abgestimmt werden kann.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß Anspruch 12 wird ein Datensignal von mindestens einem Datensignal mit einem hochfrequenten Taktsignal in einer Eingangsstufe zu einem er- sten Ausgangssignal verknüpft. Dazu wird das jeweilige Datensignal dem hochfrequenten Taktsignal überlagert. Das jeweils erste Ausgangssignal sowie das Taktsignal werden an eine Ausgangsstufe galvanisch getrennt übertragen, wobei ein erstes Massepotential der Eingangsstufe von einem zweiten Massepotential der Ausgangsstufe galvanisch getrennt werden.
Ein galvanisch getrennt übertragenes erstes Ausgangssignal und ein galvanisch getrennt übertragenes Taktsignal werden in der Ausgangsstufe zu einem zweiten Ausgangssignal verknüpft. Dazu wird das galvanisch getrennt übertragene erste Ausgangs- signal von dem galvanisch getrennt übertragenen Taktsignal separiert .
Zuletzt werden in dem zweiten Ausgangssignal vorhandene Störimpulse gefiltert, so daß ein drittes Ausgangssignal als ge- filtertes Datensignal erzeugt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine kostengünstige und einfache Realisierung einer galvanisch getrennten Übertragung von Signalen.
Vorteil der Weiterbildung nach Anspruch 13 ist das Revidieren etwaiger - durch das Verfahren verursachter- Abweichungen der Daten- und Taktimpulse von einer rechteckigen Impulsform, die Daten- und Taktsignale im allgemeinen aufweisen.
Die vorteilhaften Weiterbildungen gemäß Anspruch 14 ermöglichen eine kostengünstige Umsetzung der galvanischen Trennung.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der einzi- gen FIGUR erläutert. Diese zeigt:
Eine Schaltungsanordnung zur galvanisch getrennten Übertragung eines Datensignals.
In der FIGUR ist eine Schaltungsanordnung SA dargestellt, die sich in eine Eingangsstufe ES und eine Ausgangsstufe AS glie- dern läßt, wobei sich die Aufteilung der Eingangsstufe ES und der Ausgangsstufe AS durch eine galvanische Trennung, die durch eine Entkopplungseinrichtung EK erfolgt, ergibt. Aufgrund dieser galvanischen Trennung weist die Eingangsstufe ein erstes Massepotential MP1 und die Ausgangsstufe AS ein galvanisch getrenntes zweites Massepotential MP2 auf.
Die Schaltungsanordung SA dient zur galvanisch getrennten Übertragung eines Datensignals DIN, das von einer - m Bezug auf Schaltungsanordnung - externen Signalquelle VI erzeugt wird. Dazu wird das Datensignal DIN der Eingangsstufe ES zugeführt und dort durch ein Exklusiv-Oder-Gatter (XOR-Gatter) Gl mit einem hochfrequenten Taktsignal CLCK verknüpft, so daß an einem ersten Signalausgang AI des Gatters Gl ein erstes Ausgangssignal Sl ausgegeben wird, das einem dem hochfrequen- ten Taktsignal überlagerten Datensignal entspricht; d.h. das Datensignal DIN wird mit dem hochfrequenten Taktsignal CLCK moduliert, wobei das Taktsignal CLCK die Rolle der aus der Signaltheorie bekannten Tragerfrequenz einnimmt.
Das hochfrequente Taktsignal CLCK wird von einem Generator erzeugt, der Teil der Eingangsstufe ES ist (interne Signalquelle) . Alternativ kann die Eingangsstufe auch so ausgestaltet sein, daß das Taktsignal CLCK von einer externen Signalquelle erzeugt und der Eingangsstufe ES zugeführt wird.
Die m der Zeichnung dargestellte Entkopplungseinrichtung EK setzt sich aus drei Kondensatoren Cl, C2 und C3 zusammen, wobei der Kondensator Cl das erste Massepotential MP1 von dem zweiten Massepotential MP2, der Kondensator C2 das Taktsignal CLCK von der Ausgangsstufe AS und der Kondensator C3 das erste Ausgangssignal Sl von der Ausgangsstufe AS galvanisch trennt, indem der jeweilige Kondensator Cl, C2 oder C3 zwischen die zu trennenden Seiten geschaltet wird. Dadurch wird gewährleistet, daß das Taktsignal CLCK sowie das erste Aus- gangssignal Sl galvanisch getrennt an die Ausgangsstufe AS übertragen werden. Bei den eingesetzten Kondensatoren handelt es sich beispielsweise um Keramikkondensatoren, die wegen ihrer Hochspannungsfestigkeit besonders geeignet sind.
Alternativ können zur Realisierung der galvanischen Trennung von Eingangsstufe ES und Ausgangsstufe AS induktive Übertrager eingesetzt werden, beispielsweise LAN-Übertrager, die sich für Übertragung mit hoher Geschwindigkeit besonders eignen; wobei an der Pπmarseite eines ersten Übertragers das erste Massepotential MP1 und das erste Ausgangssignal Sl und an der Sekundarseite ein dritter Signaleingang E3 und das zweite Massepotential MP2 angeschlossen sind sowie an der Primarseite eines zweiten Übertragers das erste Massepotential MP1 und das Taktsignal CLCK und an der Sekundarseite ein vierter Signaleingang E4 und das zweite Massepotential MP2 angeschlossen sind.
Durch den ersten und zweiten Übertrager wird sowohl das erste Massepotential MSI vom zweiten Massepotential MS2 als auch das Taktsignal CLCK sowie das erste Ausgangssignal Sl von der Ausgangsstufe AS galvanisch getrennt und dadurch eine galvanisch getrennte Übertragung des Taktsignals CLCK sowie des ersten Ausgangssignals von Ausgangsstufe AS realisiert.
Die Ausgangsstufe weist ein zweites XOR-Gatter auf, an dessen dritten Signaleingang E3 das galvanisch getrennt übertragene erste Ausgangssignal Sl' und dessen vierten Signaleingang E4 das galvanisch getrennt übertragene Taktsignal CLCK' anliegen, wobei das zweite XOR-Gatter G2 durch Verknüpfung des galvanisch getrennt übertragenen ersten Ausgangssignals Sl' und des galvanisch getrennt übertragenen Taktsignals CLCK' am zweiten Signalausgang A2 ein zweites Ausgangssignal S2 erzeugt. Da das erste Ausgangssignal Sl eine Überlagerung des Taktsignals CLCK durch das Datensignal DIN ist, wird beim er- sten Ausgangssignal Sl durch Separieren des galvanisch getrennt übertragenen Taktsignals CLCK' von dem Datensignal DΪN ein zweites Ausgangssignal S2 als ein galvanisch getrennt übertragenes Datensignal erzeugt.
Das zweite XOR-Gatter G2 gewährleistet außerdem ein Synchronisieren von Signalen der Eingangsstufe ES und der Ausgangsstufe AS und gleicht etwaige Abweichungen von einer rechtek- kigen Impulsform, die die Signale im allgemeinen aufweisen, aus, da XOR-Gatter Ausgangssignale mit rechteckiger Impulsform erzeugen.
Damit gewährleistet ist, daß am zweiten Signalausgang A2 stets ein stabiles Ausgangssignal S2 - unabhängig davon ob Eingangssignale anliegen oder nicht - ausgegeben wird, ist zwischen dem dritten Signaleingang E3 und dem zweiten Masse- potential MP2 ein erster Widerstand Rl sowie dem vierten Signaleingang E4 und dem zweiten Massepotential MP2 ein zweiter Widerstand R2 geschaltet. Diese sogenannte Pull-Down-Wider- stände sorgen für ein definiertes Potential an den Signaleingängen E3 sowie E4 und damit auch am zweiten Signalausgang A2.
Das Weglassen der Pull-Down-Widerstände oder alternative Be- schaltungen, die für eine stabiles Ausgangssignal sorgen, sind ebenfalls denkbar.
Um aus dem zweiten Ausgangssignal S2 einen Anteil, der das galvanisch getrennt übertragene Datensignal darstellt, von etwaigen im zweiten Ausgangssignal S2 enthaltenen Störimpulsen, die durch etwaige unterschiedliche Schaltschwellen an dem dritten Signaleingang E3 und dem vierten Signaleingang E4 verursacht werden, zu filtern, wird das zweite Ausgangssignal S2 einem Filter RC, der ebenfalls Teil der Ausgangsstufe AS ist, zugeführt.
Der Filter RC stellt einen Tiefpaß dar, der aus einer bekannten Zusammenschaltung von einem dritten Widerstand R3 und einem vierten Kondensator C4 aufgebaut ist. Der Widerstandswert sowie der Kapazitätswert des Kondensators sind dabei so dimensioniert, daß die zum galvanisch getrennt übertragenen Datensignal vergleichsweise hochfrequenten Störimpulse aus dem zweiten Ausgangssignal herausgefiltert werden, so daß ein drittes Ausgangssignal S3 zwischen dem dritten Widerstand R3 und dem vierten Kondensator C4 anliegt.
Alternativ zur Realisierung des Filters RC durch einen Tiefpaß aus Widerstand und Kondensator, kann auch eine geeignete Zusammenschaltung von Widerstand und Spule oder die Verwendung von integrierten geeigneten Filterbausteinen die gleiche Wirkung realisieren.
Da durch das Filtern im allgemeinen Abweichungen von der rechteckigen Impulsform der Signale entstehen können, ist dem zweiten XOR-Gatter G2 ein drittes XOR-Gatter G3 nachgeschaltet, das an einem dritten Signalausgang A3 ein wiederhergestelltes Datensignal DτN' ausgibt.
Dazu ist das dritte XOR-Gatter derart dem Filter RC nachgeschaltet, daß das dritte Ausgangssignal S3 an einen fünften Signaleingang E5 sowie das zweite Massepotential MP2 an einen sechsten Signaleingang E6 des dritten XOR-Gatters G3 angelegt wird.
Das dargestellte dritte XOR-Gatter G3 ist ebenfalls Teil der Ausgangsstufe AS. Es ist jedoch auch möglich, das dritte XOR- Gatter G3 in eine externe Beschaltung, an die die Ausgangsstufe AS angeschlossen ist, zu verlagern; d.h. die Ausgangs- stufe auch ohne das dritte XOR-Gatter G3 zu realisieren.
Alternativ zu den XOR-Gattern Gl bis G3 können auch andere logische Gatter, beispielsweise XNOR-Gatter, oder andere schaltungstechnische Anordnungen, die die gleichen Eigen- schaften haben, verwendet werden. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung SA zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß sie im besonderem Maße für eine parallele galvanisch getrennte Datenübertragung geeignet ist. Charakteristisch für die parallele Datenübertragung ist das Vorhandensein mehrerer Datensignale, die parallel Übertragen werden sollen.
Um eine übersichtliche Darstellung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung SA zu ermöglichen, ist aber nur der Son- derfall der galvanisch getrennten Übertragung eines Datensignals dargestellt, da für jedes weitere Datensignal - der Er¬ findung entsprechend - einzelne Elemente der Schaltungsanordnung SA vielfach vorhanden sein müssen. Die notwendige Anzahl der einzelnen Elemente in Abhängigkeit von der Anzahl n der Datensignale soll in der folgenden Tabelle gezeigt werden:
Tabelle 1
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Aus der Tabelle 1 ist ersichtlich, daß für die Realisierung der Entkopplungseinrichtung EK n+2 Kondensatoren Cl...Cn+2 (Entkopplungselemente) notwendig sind, für eine Realisierung der Entkopplungseinrichtung EK mittels induktiver Übertrager sind dagegen nur n+1 induktive Übertrager (Entkopplungselemente) notwendig, weil das erste Massepotential MP1 und das zweite Massepotential MP2 bereits durch den zur induktiven Übertragung erforderlichen Anschluß an die induktiven Übertrager voneinander galvanisch getrennt sind, dagegen bei der Realisierung der Entkopplungseinrichtung EK durch Kondensatoren zur kapazitiven Übertragung jeweils nur das galvanisch getrennt zu übertragende Signal an einen Kondensator C2, C3,..,Cn+2 angeschlossen wird, so daß für die galvanische Trennung des ersten Massepotentials MPl und des zweiten Massepotentials MP2 ein zusätzlicher Kondensator Cl benötigt wird.

Claims

Patentansprüche
1. Schaltungsanordnung (SA) zur galvanisch getrennten Breitband-Übertragung mit folgenden Merkmalen: a) Eine Eingangsstufe (ES) weist mindestens ein erstes Mittel zur Signalverknüpfung (Gl) , eine erste Leitung zur Übertragung eines Taktsignals (CLCK) und mindestens eine zweite Leitung zur Übertragung jeweils eines Datensignals (DιN) sowie einen Anschluß an ein erstes Massepotential (MPl) auf, b) eine Ausgangsstufe (AS) weist mindestens ein zweites Mittel, zur Signalverknüpfung (G2) , einen den zweiten Signalverknüpfungsmitteln (G2) nachgeschalteten Filter (RC) sowie einen Anschluß an ein zweites Massepotential (MP2) auf, c) eine Entkopplungseinrichtung (EK) , die die Eingangsstufe (ES) von der Ausgangsstufe (AS) entkoppelt, d) das erste Signalverknüpfungsmittel (Gl) weist einen ersten Signaleingang (El) , an dem ein Datensignal (DIN) anliegt, und einen zweiten Signaleingang (E2) , an dem ein hochfrequentes Taktsignal (CLCK) anliegt, auf und ist derart ausgestaltet, daß ein erstes Ausgangssignal (Sl) als ein dem Taktsignal (CLCK) überlagertes Datensignal an einem ersten Signalausgang (AI) ausgegeben wird, e) das zweite Signalverknüpfungsmittel (G2) weist einen dritten Signaleingang (E3) , an dem ein entkoppeltes erstes Ausgangssignal (Sl') anliegt, und einen vierten Signaleingang (E4), an dem ein entkoppeltes Taktsignal (CLCK') anliegt, auf und ist derart ausgestaltet, daß ein zweites Ausgangssignal (S2) als ein vom entkoppelten Taktsignal (CLCK') separiertes entkoppeltes Datensignal an einem zweiten Signalausgang (A2) ausgegeben wird, wobei am zweiten Signalausgang (A2) stets definierte und/oder stabile Signale ausgegeben werden, f) dem zweiten Signalverknüpfungsmittel (G2) ist der Filter (RC) nachgeschaltet, der zum Wegfiltern von im zweiten Ausgangssignal (S2) enthaltenen Störimpulsen derart ausge- staltet ist, daß ein drittes Ausgangssignal (S3) als ein gefiltertes entkoppeltes Datensignal erzeugt wird, g) die Eingangsstufe (ES) und Ausgangsstufe (AS) sind durch die Entkopplungseinrichtung (EK) derart entkoppelt, daß das erste Massepotential (MPl) von dem zweiten Massepotential (MP2) galvanisch getrennt wird und das Taktsignal (CLCK) und das erste Ausgangssignal (Sl) von der Eingangsstufe (ES) zu der Ausgangsstufe (AS) galvanisch getrennt übertragen werden.
2. Schaltungsanordnung (SA) nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Ausgangsstufe (AS) mindestens ein drittes Mittel zur Si- gnalverknupfung (G3) aufweist, wobei jedem Filter (RC1) eins der dritten Signalverknupfungsmittel (G3) nachgeschaltet ist und wobei das dritte Ausgangssignal (S3) an einem fünften Signaleingang (E5) des dritten Signalverarbeitungsmittels (G3) und das zweite Massepotential an einem sechsten Signaleingang (E6) des dritten Signalverarbeitungsmittels (G3) anliegen, wobei daß dritte Signalverknupfungsmittel (G3) derart ausgestaltet ist, daß Impulse des dritten Ausgangssignals (3) zur Erzeugung jeweils des wiederhergestellten Datensignals (DτN') m eine rechteckige Form zuruckgewandelt und an einem dritten Signalausgang (A3) ausgegeben werden.
3. Schaltungsanordnung (SA) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Signalverknupfungsmittel (Gl) und das zweite Signalverknupfungsmittel (G2) Antivalenz-Gatter "XOR-Gatter" sind.
4. Schaltungsanordnung (SA) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Signalverknupfungsmittel (Gl) und das zweite Si- gnalverknupfungsmittel (G2) Aquivalenz-Gatter "XNOR-Gatter" sind.
5. Schaltungsanordnung (SA) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Signalverknupfungsmittel (G3) ein Antivalenz- Gatter "XOR-Gatter" ist.
6. Schaltungsanordnung (SA) nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Signalverknupfungsmittel (G3) ein Aquivalenz- Gatter "XNOR-Gatter" ist.
7. Schaltungsanordnung (SA) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Entkopplungseinrichtung (EK) derart ausgestaltet ist, daß a) mindestens ein erster induktiver Übertrager vorgesehen ist, wobei jeweils einer der ersten induktiven Übertrager auf seiner Primarseite dem ersten Signalausgang und dem ersten Massepotential (MPl) nachgeschaltet ist und auf seiner Sekundarseite dem dritten Signaleingang (E3) und dem zweiten Massepotential (MP2) vorgeschaltet ist, b) auf der Primarseite eines zweiten induktiven Übertragers die erste Leitung und das erste Massepotential (MPl) angeschlossen sind und auf einer Sekundarseite des zweiten induktiven Übertragers jeweils der vierte Signaleingang (E4) und das zweite Massepotential (MP2) angeschlossen sind.
8 . Schaltungsanordnung ( SA) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Entkopplungseinrichtung (EK) derart ausgestaltet ist, daß a) mindestens ein erster Kondensator (Cl) vorgesehen ist, wo- bei jeweils einer der ersten Kondensatoren (Cl) zwischen jedem ersten Signalausgang (AI) und dem dritten Signaleingang (E3) geschaltet ist, b) zwischen der ersten Leitung und dem zweiten Signaleingang (E2) ein zweiter Kondensator (C2) geschaltet ist, c) zwischen dem ersten Massepotential (MPl) und zweiten Mas- senpotential (MP2) em dritter Kondensator (C3) geschaltet
9. Schaltungsanordnung (SA) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß a) mindestens ein erster Widerstand (Rl) vorgesehen ist, o- bei jeweils einer der ersten Widerstände (Rl) zwischen dem zweiten Signaleingang (E3) und dem zweiten Massepotential (MP2) geschaltet wird, b) mindestens ein zweiter Widerstand (R2) vorgesehen ist, wobei jeweils einer der zweiten Widerstände (R2) zwischen dem dritten Signaleingang (E4) und dem zweiten Massepotential (MP2) geschaltet ist.
10. Schaltungsanordnung (SA) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter (RC) derart ausgestaltet ist, daß a) mindestens ein dritter Widerstand (R3) vorgesehen ist, wobei jeweils einer der dritten Widerstände (R3) nach dem zweiten Signalausgang (A2) geschaltet ist, b) mindestens ein vierter Kondensator (C4) vorgesehen ist, wobei jeweils einer der vierten Kondensatoren (C4) zwischen dem dritten Widerstand (R3) und dem zweiten Massepotential (MP2) geschaltet ist, c) an jedem vierten Kondensator (C4) das jeweilige dritte Ausgangssignal (S3) anliegt.
11. Schaltungsanordnung (SA) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsstufe (ES) einen Generator (VI) zur Erzeugung des Taksignals (CLCK) aufweist, der zwischen dem ersten Massepo- tential (MPl) und der ersten Leitung angeschlossen ist.
12. Verfahren zur galvanisch getrennten Breitband-Übertragung mit folgenden Merkmalen: a) Ein Datensignal (DIN) von mindestens einem Datensignal (DIN) wird jeweils mit einem hochfrequenten Taktsignal
(CLCK) in einer Eingangsstufe (ES) zu einem ersten Ausgangssignal (Sl) verknüpft, indem das jeweilige Datensi- gnals (DTN) dem hochfrequenten Taktsignal (CLCK) überlagert wird, b) das erste Ausgangssignal (Sl) und das Taktsignal (CLCK) werden an eine Ausgangsstufe (AS) galvanisch getrennt übertragen, wobei ein erstes Massepotential (MPl) der Eingangsstufe von einem zweiten Massepotential (MP2) der Ausgangsstufe (AS) galvanisch getrennt wird, c) ein galvanisch getrennt übertragenes erstes Ausgangssignal
(Sl') und ein galvanisch getrennt übertragenes Taktsignal (CLCK') werden in der Ausgangsstufe (AS) zu einem zweiten Ausgangssignal (S2) verknüpft, so daß das .Ausgangssignal (S2) als ein vom galvanisch getrennt übertragenen entkoppelten Taktsignal (CLCK' ) separiertes galvanisch getrennt übertragenes entkoppeltes Datensignal erzeugt wird. d) das zweite Ausgangssignal (s2) wird derart gefiltert, daß jeweils ein drittes Ausgangssignal (S3) als gefiltertes Datensignal durch Entfernen von im zweiten Ausgangssignal enthaltenen Störimpulsen erzeugt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Ausgangssignal (S3) derart zu einem wiederhergestellten Datensignal (DIN' ) gewandelt wird, daß Impulse des dritten Ausgangssignals (S3) in eine rechteckige Form zurück- gewandelt werden.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet , daß das erste Ausgangssignal (Sl) und das Taktsignal (CLCK) durch Induktion galvanisch getrennt übertragen werden, wobei die galvanische Trennung des ersten Massepotentials (MPl) von dem zweiten Massepotential (MP2) durch Induktion erfolgt.
15 . Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch ge- kennzeichnet, daß das erste Ausgangssignal (Sl) und das Taktsignal (CLCK) durch elektrische Felder galvanisch getrennt übertragen werden, wo- bei die galvanische Trennung des ersten Massepotentials (MPl; von dem zweiten Massepotential (MP2) durch eine Kapazität erfolgt.
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