WO2002033843A1 - Driver circuit - Google Patents

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WO2002033843A1
WO2002033843A1 PCT/DE2000/003681 DE0003681W WO0233843A1 WO 2002033843 A1 WO2002033843 A1 WO 2002033843A1 DE 0003681 W DE0003681 W DE 0003681W WO 0233843 A1 WO0233843 A1 WO 0233843A1
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voltage
driver circuit
transmission line
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PCT/DE2000/003681
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Marten Swart
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B3/00Line transmission systems
    • H04B3/54Systems for transmission via power distribution lines
    • H04B3/542Systems for transmission via power distribution lines the information being in digital form
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B2203/00Indexing scheme relating to line transmission systems
    • H04B2203/54Aspects of powerline communications not already covered by H04B3/54 and its subgroups
    • H04B2203/5462Systems for power line communications
    • H04B2203/547Systems for power line communications via DC power distribution
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04B2203/00Indexing scheme relating to line transmission systems
    • H04B2203/54Aspects of powerline communications not already covered by H04B3/54 and its subgroups
    • H04B2203/5462Systems for power line communications
    • H04B2203/5483Systems for power line communications using coupling circuits

Definitions

  • the invention relates to a driver circuit for data transmission via a transmission line to a receiver according to the preamble of claim 1.
  • Two-wire bus systems are known in which a so-called master communicates bidirectionally with two so-called slaves via a bus with two lines, the master also supplying the slaves with power via the bus.
  • the data transmission from the master to the individual slaves takes place by modulating the voltage prevailing on the two bus lines, so that the bus has alternating high-voltage phases and low-voltage phases in accordance with the data to be transmitted.
  • the voltage prevailing on the bus lines is modulated by two transistors which connect the two bus lines to a supply voltage or to ground.
  • a resistor is connected in parallel to each of the two transistors, which takes over the current previously flowing through the transistors when the transistors are blocked, the voltage drop across the resistors corresponding to the desired voltage swing on the bus lines.
  • the master has a current source which is arranged between the two bus lines and drives a cross current between the two bus lines.
  • the two transistors are controlled to be conductive, so that one bus line assumes the potential of the supply voltage, while the other bus line assumes ground potential.
  • the two transistors are controlled in a non-conductive manner in the low voltage phase. 'In this state, flows from the supply voltage across the voltage-side resistor, arranged between the two bus lines power source and the ground-side resistor, a shunt current, which determines the voltage level on the two bus lines.
  • the potential of one bus line then corresponds to the voltage drop across the voltage-side resistor, while the potential of the other bus line corresponds to the voltage drop across the ground-side resistor.
  • the cross current flowing in the low voltage phase is made up of the current driven by the current source and the load currents of the slaves connected to the bus. As a result, the current source arranged in the master has to drive more current during the low-voltage phases, the less
  • a disadvantage of the known driver circuit is the fact that the current source in the master must be able to drive a considerable cross current between the two bus lines in order to set the desired voltage swing on the bus lines even when a single slave is operating.
  • the high cross currents thus required when operating a single slave are, however, associated with a corresponding power loss, which is implemented in the two resistors and in the current source and causes thermal problems.
  • the invention is therefore based on the object of improving the known driver circuit described above ensure that even when operating a single slave, the power loss in the master is as low as possible.
  • the invention encompasses the general technical teaching of using a controllable switching element with an adjustable resistor instead of the two resistors for coupling the two bus lines during the low-voltage phase.
  • the volume resistance of this switching element is then set so that the desired voltage is established on the bus during the low voltage phases.
  • a particular advantage of the solution according to the invention is that only a relatively low power loss is required to generate the desired voltage levels during the low-voltage phase, so that no thermal problems occur.
  • a measuring device is preferably provided for detecting the current flowing via the transmission line, the measuring device on the output side with the modulation input. direction is connected to the internal resistance of the driver circuit in accordance with the above 'the transmission line current flowing set.
  • the measuring device has a sampling circuit which samples the current flowing over the transmission line with a predetermined sampling period, the sampling period preferably being equal to the data transmission rate on the transmission line.
  • the scanning circuit therefore scans the current flowing over the transmission line preferably shortly before a switch from the high voltage phase to the low voltage phase, so that the current flowing through the transmission line does not jump when switching from the high voltage phase to the low voltage phase. This is advantageous because an abrupt change in the current flowing through the transmission line is associated with undesired interference radiation.
  • the measuring device therefore preferably has a storage element, for example in the form of a capacitor, in order to temporarily store the measured value of the current flowing through the transmission line during the high voltage phase during the low voltage phase, which ensures that the current flowing through the transmission line is essentially constant during the low voltage phases remains.
  • a storage element for example in the form of a capacitor
  • a regulator is provided in order to regulate the internal resistance of the driver circuit.
  • This controller is preferably connected to the measuring device on the input side in order to regulate the internal resistance of the driver circuit as a function of the current flowing via the transmission line.
  • the controller preferably has a reference voltage element which defines the desired voltage swing for the voltage modulation in order to regulate the internal resistance of the driver circuit in such a way that the voltage modulation takes place with the predetermined voltage swing.
  • the invention is not limited to data transmission between a master and several slaves. Rather, the invention can be used wherever a transmitter sends one or more receivers data over a transmission line, the transmission line being used in addition to the data transmission also for the power supply of the receiver.
  • FIG. 1 shows a bus system with a master and several slaves
  • FIG. 2a shows a pulse diagram of the voltage on the bus lines
  • FIG. 2b shows a pulse diagram of the current through the bus lines
  • FIG. 3 shows the driver circuit of the master as a block diagram, FIGS. 4 and 5 modifications of the driver circuit from FIG. 3.
  • the bus system shown in FIG. 1 enables communication between a master 1 and several slaves 2, 3 via a bus consisting of two lines a, b, only two slaves 2, 3 being shown as examples.
  • FIG. 2a exemplarily showing a signal sequence 6 for line a and a signal sequence 7 for line b.
  • a logic zero is represented by a LOW level on line a and a HIGH level on line b.
  • a logical one is generated in that line a first assumes a HIGH level and then changes to a LOW level, whereas line b initially assumes a LOW level and then changes to a HIGH level.
  • the invention is not limited to the voltage levels mentioned above, but can also be implemented with other voltage levels. Instead of a biphasic code, other codes can also be used for data transmission.
  • the master 1 has a receiver 8 connected to the two lines a, b in order to receive data from the slaves 2, 3.
  • the data transmission from the slaves 2, 3 to the master 1 takes place here by modulating the current flowing over the lines a, b.
  • a pulse sequence 9 of the current flowing via lines a, b is shown as an example in FIG. 2b.
  • the master 1 also has a control and evaluation logic 10, which controls the two transmitters 4, 5 and the receiver 8 and evaluates the data received by the receiver 8.
  • the driver circuit shown in FIG. 3 firstly modulates the electrical voltage on line a in order to transmit data from the master to the slaves.
  • the driver circuit shown in FIG. 3 has the task of adjusting the internal resistance of the driver circuit during the low-voltage phases on lines a and b in such a way that the desired voltage level on the lines results from the electrical current flowing off via lines a and b a, b sets.
  • the electrical voltage during the high voltage phases on line a U HIGH 13 V and on line b U HIGH ⁇ 0V
  • the voltage swing on lines a and b is therefore
  • the voltage swing on lines a and b is therefore significantly less than in conventional driver circuits with a voltage swing of 5 V, which advantageously contributes to a reduction in the interference radiation.
  • the normal load current I LA ⁇ T for supplying power to the slaves not only flows on lines a and b during the high-voltage phases , as in conventional driver circuits, but also during the low-voltage phases .
  • the current swing .DELTA.l is therefore smaller than in conventional driver circuits, which, in addition to the reduced voltage swing described above, leads to a reduction in the interference radiation.
  • the driver circuit shown in FIG. 3 has a transistor Ml, the gate connection of which is connected to a signal source S2 which, depending on the information to be transmitted, makes transistor Ml either conductive or non-conductive controls.
  • Signal source S2 thus generates a HIGH level when high voltages are to be transmitted, whereas signal source S2 generates a LOW level when low voltages are to be transmitted " .
  • the drain connection of transistor Ml is via a low-resistance resistor
  • the signal source S2 is only shown schematically here and specifies the data to be transmitted from the master to the slaves.
  • the driver circuit has a transistor M2, the source connection of which is connected to the drain connection of the transistor Ml, while the drain connection of the transistor M2 is connected to the source connection of the transistor Ml and is therefore connected to the line a ,
  • the transistor M2 has the task of taking over the current flowing via the line a during the low-voltage phases in which the transistor M1 is blocking.
  • transistor Ml conducts, while transistor M2 blocks, so that the following voltage is present on line a:
  • the voltage on line a therefore essentially corresponds to the supply voltage VCC during the high voltage phases.
  • the control of the transistor M2 will be described in detail later.
  • the driver circuit When switching between the high-voltage phase and the low-voltage phase, the driver circuit ensures that the current flowing via line a does not lead to excessively high voltage changes.
  • a constant current source I REF ⁇ which is connected to ground GND, the constant current source I REFI a current of
  • the voltage is therefore at the inverting input of the differential amplifier AI
  • the voltage U_ present at the inverting input of the differential amplifier AI thus reflects the current I ⁇ IGNAL + I LAST on line a.
  • the non-inverting input 'of the differential amplifier AI is connected to the drain terminal of a transistor M3, which is connected to ground GND by its source terminal.
  • the output of the differential amplifier AI is connected to the gate terminal of the transistor M3, which causes feedback to the non-inverting input of the differential amplifier AI, as will be described below.
  • the differential amplifier AI drives the transistor M3 in such a way that the voltage difference at the inputs of the differential amplifier AI is always zero. So the following must apply:
  • the voltage drop across the resistor R3 is therefore equal to the voltage drop across the resistors R1 and R2 in the regulated state, while the drain current I DM3 through the transistor M3 is equal to the sum of the load current I LAST and the signal current I S I GNA .
  • the feedback through the differential amplifier AI therefore leads to the drain currents I DM1 and I DM3 of the transistors ⁇ > NJ M
  • the output of the differential amplifier A2 is connected to the gate connection of a transistor M5, the source connection of the transistor M5 being connected to the supply voltage VCC, while the drain connection of the transistor M5 is connected to ground GND via a further transistor M4.
  • the drain connection of the transistor M5 is connected to the non-inverting input of the differential amplifier, so that the source-drain voltage of the transistor M5 is present at the non-inverting input of the differential amplifier.
  • the feedback of the output of the differential amplifier A2 to the non-inverting input of the differential amplifier A2 has the consequence that the source-drain voltage of the transistor M5 in the steady state is equal to the desired voltage swing ⁇ U for the voltage modulation.
  • line a has the following voltage:
  • the drain connection of transistor M6 is connected to the gate connection of a transistor M4, the source connection of transistor M4 being connected to ground GND, while the drain connection of transistor M4 is connected to the drain connection of the transistor M5 is connected.
  • the gate voltage of the transistor M3 buffered in the capacitor C1 thus drives the transistor M4.
  • the drain current I DM4 through transistor M4 is therefore directly related to the drain current I DM1 through transistor Ml, which is equal to the current flowing via line a. Furthermore, the gate voltage of transistor M2 determines the drain current I DM5 of transistor M5. The buffering of the gate voltage of the transistor M4 by the capacitor C1 therefore not only prevents sudden changes in the drain current I DM4 ⁇ but also counteracts sudden changes in the current flowing through line a due to the above-mentioned functional relationship between the drain currents I DM and I DM1 .
  • Be 4 shows an alternative embodiment of the OF INVENTION ⁇ to the invention the driver circuit, which largely corresponds with the embodiment described above, so that used hereinafter the same reference numerals and reference is made to avoid repetition of the foregoing description of FIG. 3
  • the driver circuit according to FIG. 4 additionally has a transistor M9, the gate connection of which is connected to the drain connection of the transistor M ⁇ , while the source connection of the transistor M9 is connected to ground.
  • the gate connection of transistor M8 is connected to an additional voltage source Vg, the voltage of which is equal to the maximum value of the voltage supplied by signal source S2.
  • the resistor R4 connects the supply voltage VCC to the source terminal of the transistor M5.
  • FIG. 5 shows an alternative exemplary embodiment of the driver circuit according to the invention, which largely corresponds to the exemplary embodiment described above, so that the same reference numerals are used in the following and reference is made to the above description of FIG. 4 in order to avoid repetition.
  • the decisive difference between the driver circuit according to FIG. 5 and the exemplary embodiments described above is that the transistor M1 is omitted, so that the connection to the line a takes place exclusively through the transistor M2. This has the advantage that only a single power transistor is required.
  • the gate connection of the transistor M2 is connected to the output of the differential amplifier A2 via a switching element consisting of two transistors Mll, M12, the source connections of the two transistors Mll, M12 being connected together, while the two gate connections of the transistors Mll, M12 can be controlled by the signal source S2.
  • the driver circuit has two transistors M9 and MIO, the drain connection of transistor M9 being connected to the gate connection of transistor M2, while the two source connections of transistors M9, MIO are connected to one another.
  • the drain connection of the transistor MIO is finally connected to ground via a voltage source Vgl.
  • the driver circuit also has an inverter Inl, which connects the signal source S2 to the gate connections of the two transistors M9, MIO.
  • the functional specialty of the driver circuit shown in FIG. 5 is that the gate voltage of the transistor M2 is switched over. This is done by transistors Mll, M12 and by transistors M9, MIO. In the high voltage phase, transistor M2 is switched through with low resistance, whereas in the low voltage phase transistor M2 is controlled to a defined resistance R DS between the source connection and the drain connection.
  • driver circuit according to the invention described above is not limited to the components described above with regard to its circuitry implementation, since, for example, other transistor types can be used.
  • the transmitter 5 shown in FIG. 1 for line b is analogous to that above Driver circuit described is constructed so that a detailed description of the driver circuit of the transmitter 5 is unnecessary and in this regard reference is made to the above description.
  • the embodiment of the invention is also not limited to the preferred exemplary embodiments specified above. Rather, a number of variants are conceivable which make use of the solution shown, even in the case of fundamentally different types.

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Abstract

The invention relates to a driver circuit for transmitting data via a transmission line (a, b) to a receiver (2, 3). Said driver circuit comprises a controlled first switch element (M1) that links the transmission line (a, b) with a supply voltage (VCC) or with ground (GND) in order to modulate the voltage on the transmission line (a, b) in accordance with the data to be transmitted. A first coupling element (M2) is connected in parallel to the first switch element (M1) and receives the current flowing across the first switch element (M1) as long as the first switch elements (M1) is blocked. The first coupling element is a controlled second switch element (M2) with an adjustable internal resistance, thereby allowing adjusting the desired voltage on the transmission line (a, b) at low power dissipation.

Description

Beschreibungdescription
Treiberschaltungdriver circuit
Die Erfindung betrifft eine Treiberschaltung zur Datenübertragung über eine Übertragungsleitung zu einem Empfänger gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a driver circuit for data transmission via a transmission line to a receiver according to the preamble of claim 1.
Es sind 2-Draht-Bussysteme bekannt, bei denen ein sogenannter Master über einen Bus mit zwei Leitungen mit mehreren sogenannten Slaves bidirektional kommuniziert, wobei der Master die Slaves über den Bus auch mit Strom versorgt.Two-wire bus systems are known in which a so-called master communicates bidirectionally with two so-called slaves via a bus with two lines, the master also supplying the slaves with power via the bus.
Die Datenübertragung von dem Master zu den einzelnen Slaves erfolgt hierbei durch eine Modulation der auf den beiden Busleitungen herrschenden Spannung, so dass der Bus entsprechend den zu übertragenden Daten abwechselnd Hochspannungsphasen und Niedrigspannungsphasen aufweist.The data transmission from the master to the individual slaves takes place by modulating the voltage prevailing on the two bus lines, so that the bus has alternating high-voltage phases and low-voltage phases in accordance with the data to be transmitted.
Die Modulation der auf den Busleitungen herrschenden Spannung erfolgt durch zwei Transistoren, welche die beiden Busleitungen mit einer Versorgungsspannung bzw. mit Masse verbinden. Den beiden Transistoren ist jeweils ein Widerstand parallel geschaltet, der beim Sperren der Transistoren den zuvor über die Transistoren fließenden Strom übernehmen, wobei der Spannungsabfall über den Widerständen dem gewünschten Spannungshub auf den Busleitungen entspricht. Schließlich weist der Master eine Stromquelle auf, die zwischen den beiden Busleitungen angeordnet ist und einen Querstrom zwischen den beiden Busleitungen treibt.The voltage prevailing on the bus lines is modulated by two transistors which connect the two bus lines to a supply voltage or to ground. A resistor is connected in parallel to each of the two transistors, which takes over the current previously flowing through the transistors when the transistors are blocked, the voltage drop across the resistors corresponding to the desired voltage swing on the bus lines. Finally, the master has a current source which is arranged between the two bus lines and drives a cross current between the two bus lines.
In der Hochspannungsphase werden die beiden Transistoren leitend gesteuert, so dass die eine Busleitung das Potential der Versorgungsspannung annimmt, während die andere Busleitung Massepotential annimmt. In der Niedrigspannungsphase werden die beiden Transistoren dagegen nicht-leitend gesteuert.' In diesem Zustand fließt von der Versorgungsspannung über den spannungsseitigen Widerstand, die zwischen den beiden Busleitungen angeordnete Stromquelle und den masseseitigen Widerstand ein Querstrom, der die Spannungspegel auf den beiden Busleitungen bestimmt. Das Potential der einen Busleitung entspricht dann dem Spannungsabfall über dem spannungsseitigen Widerstand, während das Potential der anderen Busleitung dem Spannungsabfall über dem masseseitigen Widerstand entspricht. Der in der Niedrigspannungsphase fließende Querstrom setzt sich zusammen aus dem von der Stromquelle getriebenen Strom und den Lastströmen der an den Bus angeschlossenen Slaves. Dies hat zur Folge, dass die im Master angeordnete Stromquelle während der Nied- rigspannungsphasen umso mehr Strom treiben muss, je wenigerIn the high-voltage phase, the two transistors are controlled to be conductive, so that one bus line assumes the potential of the supply voltage, while the other bus line assumes ground potential. In contrast, the two transistors are controlled in a non-conductive manner in the low voltage phase. 'In this state, flows from the supply voltage across the voltage-side resistor, arranged between the two bus lines power source and the ground-side resistor, a shunt current, which determines the voltage level on the two bus lines. The potential of one bus line then corresponds to the voltage drop across the voltage-side resistor, while the potential of the other bus line corresponds to the voltage drop across the ground-side resistor. The cross current flowing in the low voltage phase is made up of the current driven by the current source and the load currents of the slaves connected to the bus. As a result, the current source arranged in the master has to drive more current during the low-voltage phases, the less
Slaves an den Bus angeschlossen sind. So muss die in dem Master angeordnete Stromquelle beim Betrieb von zahlreichen Slaves nur einen geringen Beitrag zu dem erforderlichen Querstrom leisten, wohingegen beim Betrieb nur eines einzigen Slaves ein erheblicher Strom von der Stromquelle getrieben werden muss, um den gewünschten Spannungshub auf- den Busleitungen einzustellen.Slaves are connected to the bus. Thus, the current source arranged in the master only has to make a small contribution to the required cross current when operating numerous slaves, whereas when only one slave is operated, a considerable current has to be driven by the current source in order to set the desired voltage swing on the bus lines.
Nachteilig an der bekannten Treiberschaltung ist also die Tatsache, dass die Stromquelle in dem Master in der Lage sein muss, einen erheblichen Querstrom zwischen den beiden Busleitungen zu treiben, um auch beim Betrieb eines einzigen Slaves noch den gewünschten Spannungshub auf den Busleitungen einzustellen. Die somit erforderlichen hohen Querströme beim Be- trieb eines einzigen Slaves sind jedoch mit einer entsprechenden Verlustleistung verbunden, die in den beiden Widerständen und in der Stromquelle umgesetzt wird und thermische Probleme verursacht.A disadvantage of the known driver circuit is the fact that the current source in the master must be able to drive a considerable cross current between the two bus lines in order to set the desired voltage swing on the bus lines even when a single slave is operating. The high cross currents thus required when operating a single slave are, however, associated with a corresponding power loss, which is implemented in the two resistors and in the current source and causes thermal problems.
Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, die vorstehend beschriebene bekannte Treiberschaltung dahingehend zu verbes- sern, dass auch beim Betrieb eines einzigen Slaves nur eine möglichst geringe Verlustleistung in dem Master entsteht.The invention is therefore based on the object of improving the known driver circuit described above ensure that even when operating a single slave, the power loss in the master is as low as possible.
Die Aufgabe wird, ausgehend von einer bekannten Treiberschal- tung zur Datenübertragung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst .Starting from a known driver circuit for data transmission according to the preamble of claim 1, the object is achieved by the characterizing features of claim 1.
Die Erfindung umfasst die allgemeine technische Lehre, zur Ankopplung der beiden Busleitungen während der Niedrigspan- nungsphase anstelle der beiden Widerstände jeweils ein steuerbares Schaltelement mit einem einstellbaren Widerstand zu verwenden. Der Durchgangswiderstand dieses Schaltelements wird dann so eingestellt, dass sich während der Niedrigspan- nungsphasen auf dem Bus die gewünschte Spannung einstellt.The invention encompasses the general technical teaching of using a controllable switching element with an adjustable resistor instead of the two resistors for coupling the two bus lines during the low-voltage phase. The volume resistance of this switching element is then set so that the desired voltage is established on the bus during the low voltage phases.
So wird beim Betrieb zahlreicher Slaves ein relativ geringer Widerstand dieses Schaltelements eingestellt, da die Slaves in diesem Fall einen relativ großen Strom über den Bus zie- hen, was auch zu einem entsprechend großen Spannungsabfall über dem Schaltelement führt.When numerous slaves are operated, a relatively low resistance of this switching element is set, since in this case the slaves draw a relatively large current through the bus, which also leads to a correspondingly large voltage drop across the switching element.
Beim Betrieb eines einzigen Slaves wird dagegen ein relativ großer Widerstand des Schaltelements eingestellt, da ein ein- ziger Slave nur relativ wenig Strom über den Bus zieht, so dass nur ein relativ großer Widerstand zu dem gewünschten Spannungsabfall über dem Schaltelement führt.In contrast, when a single slave is operated, a relatively large resistance of the switching element is set, since a single slave draws only relatively little current over the bus, so that only a relatively large resistance leads to the desired voltage drop across the switching element.
Vorteilhaft an der erfindungsgemäßen Lösung ist insbesondere, dass zur Erzeugung der gewünschten Spannungspegel während der Niedrigspannungsphase nur eine relativ geringe Verlustleistung erforderlich ist, so dass keine thermischen Probleme auftreten.A particular advantage of the solution according to the invention is that only a relatively low power loss is required to generate the desired voltage levels during the low-voltage phase, so that no thermal problems occur.
Vorzugsweise ist zur Erfassung des über die Übertragungsleitung fließenden Stroms eine Messeinrichtung vorgesehen, wobei die Messeinrichtung ausgangsseitig mit der Modulationsein- richtung verbunden ist, um den Innenwiderstand der Treiberschaltung entsprechend dem über 'die Übertragungsleitung fließenden Strom einzustellen.A measuring device is preferably provided for detecting the current flowing via the transmission line, the measuring device on the output side with the modulation input. direction is connected to the internal resistance of the driver circuit in accordance with the above 'the transmission line current flowing set.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Messeinrichtung eine Abtastschaltung auf, die den über die Übertragungsleitung fließenden Strom mit einer vorgegebenen Abtastperiode abtastet, wobei die Abtastperiode vorzugsweise gleich der Datenübertragungsrate auf der Übertragungsleitung ist. Die Abtastschaltung tastet den über die Übertragungsleitung fließenden Strom also vorzugsweise jeweils kurz vor einem Umschaltung von der Hochspannungsphase in die Niedrig- spannungsphase ab, damit der über die Übertragungsleitung fließende Strom beim Umschalten von der Hochspannungsphase in die Niedrigspannungsphase keinen Sprung macht. Dies ist vorteilhaft, da eine sprunghafte Änderung des über die Übertragungsleitung fließenden Strom mit einer unerwünschten Störstrahlung verbunden ist.In the preferred embodiment of the invention, the measuring device has a sampling circuit which samples the current flowing over the transmission line with a predetermined sampling period, the sampling period preferably being equal to the data transmission rate on the transmission line. The scanning circuit therefore scans the current flowing over the transmission line preferably shortly before a switch from the high voltage phase to the low voltage phase, so that the current flowing through the transmission line does not jump when switching from the high voltage phase to the low voltage phase. This is advantageous because an abrupt change in the current flowing through the transmission line is associated with undesired interference radiation.
Die Messeinrichtung weist deshalb vorzugsweise ein Speicherelement beispielsweise in Form eines Kondensators auf, um den Messwert des während der Hochspannungsphase über die Übertragungsleitung fließenden Stroms während der Niedrigspannungsphase zwischenzuspeichern, was dafür sorgt, dass der über die Übertragungsleitung fließende Strom während der Niedrigspan- nungsphasen im wesentlichen konstant bleibt.The measuring device therefore preferably has a storage element, for example in the form of a capacitor, in order to temporarily store the measured value of the current flowing through the transmission line during the high voltage phase during the low voltage phase, which ensures that the current flowing through the transmission line is essentially constant during the low voltage phases remains.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Regler vorgesehen, um den Innenwiderstand der Treiberschaltung zu regeln.In the preferred embodiment of the invention, a regulator is provided in order to regulate the internal resistance of the driver circuit.
Dieser Regler ist eingangsseitig vorzugsweise mit der Messeinrichtung verbunden, um den Innenwiderstand der Treiberschaltung in Abhängigkeit von dem über die Übertragungslei- tung fließenden Strom zu regeln. Darüber hinaus weist der Regler vorzugsweise ein Referenzspannungselement auf, das den gewünschten Spannungshub für die Spannungsmodulation festlegt, um den Innenwiderstand der Treiberschaltung so zu regeln, dass die Spannungsmodulation mit dem vorgegebenen Spannungshub erfolgt.This controller is preferably connected to the measuring device on the input side in order to regulate the internal resistance of the driver circuit as a function of the current flowing via the transmission line. In addition, the controller preferably has a reference voltage element which defines the desired voltage swing for the voltage modulation in order to regulate the internal resistance of the driver circuit in such a way that the voltage modulation takes place with the predetermined voltage swing.
Die Erfindung ist nicht auf eine Datenübertragung zwischen einem Master und mehreren Slaves beschränkt. Vielmehr kann die Erfindung überall dort eingesetzt werden, wo ein Sender einen oder mehrere Empfänger Daten über eine -Übertragungsleitung sendet, wobei die Übertragungsleitung zusätzlich zur Datenübertragung auch zur Stromversorgung des Empfängers verwendet wird.The invention is not limited to data transmission between a master and several slaves. Rather, the invention can be used wherever a transmitter sends one or more receivers data over a transmission line, the transmission line being used in addition to the data transmission also for the power supply of the receiver.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:Other advantageous developments of the invention are characterized in the subclaims or are shown below together with the description of the preferred embodiment of the invention with reference to the figures. Show it:
Figur 1 ein Bussystem mit einem Master und mehreren Slaves, Figur 2a ein Impulsdiagramm der Spannung auf den Busleitungen, Figur 2b ein Impulsdiagramm des Stroms durch die Buslei- tungen,1 shows a bus system with a master and several slaves, FIG. 2a shows a pulse diagram of the voltage on the bus lines, FIG. 2b shows a pulse diagram of the current through the bus lines,
Figur 3 die Treiberschaltung des Masters als Blockschaltbild, Figuren 4, 5 Abwandlungen der Treiberschaltung aus Figur 3.3 shows the driver circuit of the master as a block diagram, FIGS. 4 and 5 modifications of the driver circuit from FIG. 3.
Das in Figur 1 dargestellte Bussystem ermöglicht über einen aus zwei Leitungen a, b bestehenden Bus die Kommunikation zwischen einem Master 1 und mehreren Slaves 2, 3, wobei exemplarisch nur zwei Slaves 2, 3 dargestellt sind-.The bus system shown in FIG. 1 enables communication between a master 1 and several slaves 2, 3 via a bus consisting of two lines a, b, only two slaves 2, 3 being shown as examples.
Zur Datenübertragung von dem Master 1 zu den Slaves 2, 3 weist der Master 1 zwei Sender 4, 5 auf, die jeweils die Spannung auf einer der beiden Busleitungen a, b modulieren. Die Übertragung der Daten erfolgt hierbei digital durch einen biphasischen Kode, wobei Figur 2a exemplarisch eine Signalfolge 6 für die Leitung a und eine Signalfolge 7 für die Leitung b zeigt. Aus dem Impulsdiagramm in Figur 2a ist ersicht- lieh, dass eine logische Null durch einen LOW-Pegel auf der Leitung a und einen HIGH-Pegel auf der Leitung b dargestellt wird. Eine logische Eins wird dagegen dadurch erzeugt, dass die Leitung a zunächst einen HIGH-Pegel annimmt und anschließend auf einen LOW-Pegel wechselt, wohingegen die Leitung b zunächst einen LOW-Pegel annimmt und anschließend auf einen HIGH-Pegel wechselt. Ein HIGH-Pegel auf der Leitung a entspricht hierbei einer Spannung von 13 V, während ein LOW- Pegel einer Spannung von 12 V entspricht, was zu einem Spannungshub von ΔU=1 V führt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die vorstehend genannten Spannungspegel beschränkt, sondern auch mit anderen Spannungspegeln realisierbar. Auch können anstelle eines biphasischen Kodes zur Datenübertragung andere Kodes verwendet werden.For data transmission from master 1 to slaves 2, 3, master 1 has two transmitters 4, 5, each of which modulates the voltage on one of the two bus lines a, b. In this case, the data is transmitted digitally by means of a biphasic code, FIG. 2a exemplarily showing a signal sequence 6 for line a and a signal sequence 7 for line b. It can be seen from the pulse diagram in FIG. 2a that a logic zero is represented by a LOW level on line a and a HIGH level on line b. A logical one, on the other hand, is generated in that line a first assumes a HIGH level and then changes to a LOW level, whereas line b initially assumes a LOW level and then changes to a HIGH level. A HIGH level on line a corresponds to a voltage of 13 V, while a LOW level corresponds to a voltage of 12 V, which leads to a voltage swing of ΔU = 1 V. However, the invention is not limited to the voltage levels mentioned above, but can also be implemented with other voltage levels. Instead of a biphasic code, other codes can also be used for data transmission.
Weiterhin weist der Master 1 einen mit den beiden Leitungen a, b verbundenen Empfänger 8 auf, um Daten von den Slaves 2, 3 zu empfangen. Die Datenübertragung von den Slaves 2, 3 zu dem Master 1 erfolgt hierbei durch eine Modulation des über die Leitungen a, b fließenden Stroms. Hierzu ändert der sen- dende Slave 2 bzw. 3 den über die Leitungen a und b fließenden elektrischen Strom, indem zusätzlich zu dem normalen Laststrom ILAsτ=50 mA für die Stromversorgung der Slaves 2, 3 noch ein Signalstrom
Figure imgf000008_0001
mA über die Leitungen a und b gezogen wird. In Figur 2b ist exemplarisch eine Impulsfolge 9 des über die Leitungen a, b fließenden Strom dargestellt.
Furthermore, the master 1 has a receiver 8 connected to the two lines a, b in order to receive data from the slaves 2, 3. The data transmission from the slaves 2, 3 to the master 1 takes place here by modulating the current flowing over the lines a, b. For this purpose, the sending slave 2 or 3 changes the electrical current flowing over the lines a and b by adding a signal current to the power supply of the slaves 2, 3 in addition to the normal load current I LA sτ = 50 mA
Figure imgf000008_0001
mA is drawn over lines a and b. A pulse sequence 9 of the current flowing via lines a, b is shown as an example in FIG. 2b.
Schließlich weist der Master 1 noch eine Ansteuer- und Auswertelogik 10 auf, welche die beiden Sender 4, 5 und den Empfänger 8 ansteuert und die von dem Empfänger 8 aufgenommen Daten auswertet. Die in Figur 3 dargestellte Treiberschaltung bewirkt zum einen eine Modulation der elektrischen Spannung auf der Leitung a, um Daten von dem Master zu den Slaves zu übertragen.Finally, the master 1 also has a control and evaluation logic 10, which controls the two transmitters 4, 5 and the receiver 8 and evaluates the data received by the receiver 8. The driver circuit shown in FIG. 3 firstly modulates the electrical voltage on line a in order to transmit data from the master to the slaves.
Zum anderen hat die in Figur 3 dargestellte Treiberschaltung die Aufgabe, während der Niedrigspannungsphasen auf den Leitungen a und b den Innenwiderstand der Treiberschaltung so einzustellen, dass sich aufgrund des über die Leitungen a bzw. b abfließenden elektrischen Stroms der gewünschte Span- nungspegel auf den Leitungen a, b einstellt. So soll die e- lektrische Spannung während der Hochspannungsphasen auf der Leitung a UHIGH=13 V und auf der Leitung b UHIGH~0V betragen, wohingegen die Spannung während der Niedrigspannungsphasen auf der Leitung a ULow=12V und auf der Leitung b ULow=lV ist. Der Spannungshub auf den Leitungen a und b beträgt alsoOn the other hand, the driver circuit shown in FIG. 3 has the task of adjusting the internal resistance of the driver circuit during the low-voltage phases on lines a and b in such a way that the desired voltage level on the lines results from the electrical current flowing off via lines a and b a, b sets. For example, the electrical voltage during the high voltage phases on line a U HIGH = 13 V and on line b U HIGH ~ 0V, whereas the voltage during the low voltage phases on line a U L ow = 12V and on line b U L ow = lV. The voltage swing on lines a and b is therefore
ΔU=2V. Bei der erfindungsgemäßen Treiberschaltung ist der Spannungshub auf den Leitungen a und b also wesentlich geringer als bei herkömmlichen Treiberschaltungen mit einem Spannungshub von 5 V, was vorteilhaft zu einer Verringerung der Störstrahlung beiträgt. Die in Figur 3 dargestellte Treiberschaltung muss ihren Innenwiderstand also in Abhängigkeit von dem Gesamtstrom
Figure imgf000009_0001
SO einstellen, dass in den Niedrigspannungsphasen auf den Leitungen a und b die gewünschte Spannung ULO =12 V bzw. ULOw=l V erscheint.
.DELTA.U = 2V. In the driver circuit according to the invention, the voltage swing on lines a and b is therefore significantly less than in conventional driver circuits with a voltage swing of 5 V, which advantageously contributes to a reduction in the interference radiation. The driver circuit shown in FIG. 3 must therefore have its internal resistance as a function of the total current
Figure imgf000009_0001
Set so that the desired voltage U LO = 12 V or U LO w = l V appears on lines a and b in the low voltage phases .
Besonders vorteilhaft ist bei der erfindungsgemäßen Treiberschaltung die Tatsache, dass der normale Laststrom ILAΞT zur Stromversorgung der Slaves nicht nur - wie bei herkömmlichen Treiberschaltungen - während der Hochspannungsphasen auf den Leitungen a und b fließt, sondern auch während der Niedrigspannungsphasen. Bei einer Signalübertragung vom Master zu den Slaves ist deshalb der verursachte Stromhub Δl geringer als bei herkömmlichen Treiberschaltungen, was zusätzlich zu dem vorstehend beschriebenen verringerten Spannungshub zu ei- ner Verringerung der Störstrahlung führt. Zur Modulation der Spannung auf den Leitungen a und b weist die in Figur 3 dargestellte Treiberschaltung einen Transistor Ml auf, dessen Gate-Anschluss mit einer Signalquelle S2 verbunden ist, die den Transistor Ml in Abhängigkeit von der zu übertragenden Information entweder leitend oder nicht-leitend steuert. Die Signalquelle S2 erzeugt also einen HIGH-Pegel, wenn hohe Spannungen übertragen werden sollen, wohingegen die Signalquelle S2 einen LOW-Pegel erzeugt, wenn niedrige Spannungen übertragen werden sollen". Der Drain-Anschluss des Transistors Ml ist über einen niederohmigen WiderstandIt is particularly advantageous in the driver circuit according to the invention that the normal load current I LAΞT for supplying power to the slaves not only flows on lines a and b during the high-voltage phases , as in conventional driver circuits, but also during the low-voltage phases . In the case of signal transmission from the master to the slaves, the current swing .DELTA.l is therefore smaller than in conventional driver circuits, which, in addition to the reduced voltage swing described above, leads to a reduction in the interference radiation. In order to modulate the voltage on lines a and b, the driver circuit shown in FIG. 3 has a transistor Ml, the gate connection of which is connected to a signal source S2 which, depending on the information to be transmitted, makes transistor Ml either conductive or non-conductive controls. Signal source S2 thus generates a HIGH level when high voltages are to be transmitted, whereas signal source S2 generates a LOW level when low voltages are to be transmitted " . The drain connection of transistor Ml is via a low-resistance resistor
Rl=l Ω mit einer Versorgungsspannung VCC=13 V verbunden, während der Source-Anschluss des Transistors Ml an die Leitung a angeschlossen ist. Bei einem Durchschalten des Transistors Ml nimmt die Leitung a also einen HIGH-Pegel an. Die Signalquelle S2 ist hierbei nur schematisch dargestellt und gibt die von dem Master zu den Slaves zu übertragenden Daten vor .Rl = l Ω connected to a supply voltage VCC = 13 V, while the source connection of transistor Ml is connected to line a. When transistor Ml is turned on, line a thus assumes a HIGH level. The signal source S2 is only shown schematically here and specifies the data to be transmitted from the master to the slaves.
Weiterhin weist die Treiberschaltung einen Transistor M2 auf, dessen Source-Anschluss mit dem Drain-Anschluss des Transistors Ml verbunden ist, während der Drain-Anschluss des Transistors M2 mit dem Source-Anschluss des Transistors Ml verbunden ist und damit an die Leitung a angeschlossen ist. Der Transistor M2 hat die Aufgabe, den über die Leitung a flie- ßenden Strom während der Niedrigspannungsphasen zu übernehmen, in denen der Transistor Ml sperrt.Furthermore, the driver circuit has a transistor M2, the source connection of which is connected to the drain connection of the transistor Ml, while the drain connection of the transistor M2 is connected to the source connection of the transistor Ml and is therefore connected to the line a , The transistor M2 has the task of taking over the current flowing via the line a during the low-voltage phases in which the transistor M1 is blocking.
Während der Hochspannungsphasen auf der Leitung a leitet also der Transistor Ml, während der Transistor M2 sperrt, so dass auf der Leitung a folgende Spannung anliegt:During the high voltage phases on line a, transistor Ml conducts, while transistor M2 blocks, so that the following voltage is present on line a:
UH1GH = VCC-{ILAST + ISIGNAL + IREF, )- R\ = VCC = +13VU H1GH = VCC- {I LAST + I SIGNAL + I REF ,) - R \ = VCC = + 13V
Die Spannung auf der Leitung a entspricht während der Hoch- spannungsphasen also im wesentlichen der Versorgungsspannung VCC. Während der Niedrigspannungsphasen auf der Leitung a sperrt dagegen der Transistor Ml, während der Transistor M2 als regelbarer Widerstand betrieben wird, um während der Niedrigspannungsphasen auf der Leitung a den Innenwiderstand der Treiberschaltung so einzustellen, dass auf der Leitung a unabhängig von dem über die Leitung a fließenden Strom die gewünschte Spannung Uι,o=+12 V erscheint. Die Ansteuerung des Transistors M2 wird später noch detailliert beschrieben.The voltage on line a therefore essentially corresponds to the supply voltage VCC during the high voltage phases. In contrast, during the low-voltage phases on line a, transistor M1 blocks, while transistor M2 is operated as a variable resistor in order to adjust the internal resistance of the driver circuit during line in the low-voltage phases so that on line a independently of that via line a flowing current the desired voltage Uι, o = +12 V appears. The control of the transistor M2 will be described in detail later.
Beim Umschalten zwischen der Hochspannungsphase und der Nied- rigspannungsphase stellt die Treiberschaltung sicher, dass der über die Leitung a fließende Strom nicht zu übermäßig hohen Spannungsänderungen führt. Hierzu ist der Drain-Anschluss des Transistors Ml über einen hochohmigen Widerstand R2=40 kΩ mit dem invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers AI verbunden. Zwischen dem Widerstand R2 und dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers AI zweigt hierbei eine Konstantstromquelle IREFι ab, die mit Masse GND verbunden ist, wobei die Konstantstromquelle IREFI einen Strom vonWhen switching between the high-voltage phase and the low-voltage phase, the driver circuit ensures that the current flowing via line a does not lead to excessively high voltage changes. For this purpose, the drain connection of transistor Ml is connected to the inverting input of a differential amplifier AI via a high-resistance resistor R2 = 40 kΩ. Between the resistor R2 and the inverting input of the differential amplifier AI branches off a constant current source I REF ι, which is connected to ground GND, the constant current source I REFI a current of
Dl I QDl I Q
I∞n = ISKML = I∞NΛL ' ^ = 20w4 0,000025 = 0,5 μA R2 40ÄΩI∞n = ISKML = I∞NΛL '^ = 20w4 0.000025 = 0.5 μA R2 40ÄΩ
erzeugt .generated .
An dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers AI liegt deshalb die SpannungThe voltage is therefore at the inverting input of the differential amplifier AI
U_ = VCC - {ILAST - IREF ) • Rl - IREF R2U_ = VCC - {I LAST - I REF ) • Rl - I REF R2
Dl 2Dl 2
= VCC — Iusτ Rl + IS1GNAL —— - I SIGNAL ' Rl= VCC - I usτ Rl + I S1GNAL —— - I SIGNAL 'Rl
» vcc-(iuSr + ιSKMU).m =»Vcc- (iu Sr + ι SKMU ) .m =
= \3V - {50mA + 20mA) - 1Ω = 12,93= \ 3V - {50mA + 20mA) - 1Ω = 12.93
an . Die an dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers AI anliegende Spannung U_ gibt also den Strom IΞIGNAL+ILAST auf der Leitung a wieder . Der nicht-invertierende Eingang 'des Differenzverstärkers AI ist dagegen mit dem Drain-Anschluss eines Transistors M3 verbunden, der mit seinem Source-Anschluss an Masse GND angeschlossen ist. Darüber hinaus ist der nicht-invertierende Eingang des Differenzverstärkers AI über einen Widerstand R3=50 Ω mit der Versorgungsspannung VCC verbunden. An dem nicht-invertierenden Eingang des Differenzverstärkers AI liegt also die Spannungon . The voltage U_ present at the inverting input of the differential amplifier AI thus reflects the current I ΞIGNAL + I LAST on line a. The non-inverting input 'of the differential amplifier AI, however, is connected to the drain terminal of a transistor M3, which is connected to ground GND by its source terminal. In addition, the non-inverting input of the differential amplifier AI is connected to the supply voltage VCC via a resistor R3 = 50 Ω. The voltage is therefore at the non-inverting input of the differential amplifier AI
U+ = VCC- IDM3 - R3U + = VCC- I DM3 - R3
an.on.
Der Ausgang des Differenzverstärkers AI ist dagegen mit dem Gate-Anschluss des Transistors M3 verbunden, was eine Rückkopplung auf den nicht-invertierenden Eingang des Differenzverstärkers AI bewirkt, wie im folgenden beschrieben wird. So steuert der Differenzverstärker AI den Transistor M3 so an, dass die Spannungsdifferenz an den Eingängen des Differenzverstärkers AI stets gleich Null ist. Es muss also gelten:The output of the differential amplifier AI, however, is connected to the gate terminal of the transistor M3, which causes feedback to the non-inverting input of the differential amplifier AI, as will be described below. The differential amplifier AI drives the transistor M3 in such a way that the voltage difference at the inputs of the differential amplifier AI is always zero. So the following must apply:
U+ = U_ = VCC - IDm - R3 = VCC - (ISIGNAL + ILASr ) • RlU + = U_ = VCC - I Dm - R3 = VCC - (I SIGNAL + I LASr ) • Rl
^ ' DM3 = V LAST + ' SIGNAL ) ' " 7^ 'DM3 = V LAST + ' SIGNAL) '" 7
= (20mA + 50mA)•-^- = 1,4mA ' 50Ω= (20mA + 50mA) • - ^ - = 1.4mA '50Ω
Der Spannungsabfall über dem Widerstand R3 ist also im eingeregelten Zustand gleich dem Spannungsabfall über den Widerständen Rl und R2, während der Drain-Strom IDM3 durch den Transistor M3 gleich der Summe aus dem Laststrom ILAST und dem Signalstrom ISIGNA ist.The voltage drop across the resistor R3 is therefore equal to the voltage drop across the resistors R1 and R2 in the regulated state, while the drain current I DM3 through the transistor M3 is equal to the sum of the load current I LAST and the signal current I S I GNA .
Die Rückkopplung durch den Differenzverstärker AI führt also dazu, dass sich die Drainströme IDM1 und IDM3 der Transistoren ω > NJ MThe feedback through the differential amplifier AI therefore leads to the drain currents I DM1 and I DM3 of the transistors ω> NJ M
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Weiterhin weist die Treiberschaltung ein Referenzspannungselement VREF1 auf, das eine Referenzspannung ΔU=1 V erzeugt, die gleich dem gewünschten Spannungshub ist. Das Referenz- spannungselement VREFl ist mit der Versorgungsspannung VCC und mit dem invertierenden Eingang eines weiteren Differenzverstärkers A2 verbunden, so dass an dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers A2 die während der Niedrigspannungsphasen auf der Leitung a gewünschte Spannung ULOw=VCC-ΔU anliegt. Der Ausgang des Differenzverstärkers A2 ist mit dem Gate-Anschluss eines Transistors M5 verbunden, wobei der Source-Anschluss des Transistors M5 an die Versorgungsspannung VCC angeschlossen ist, während der Drain-Anschluss des Transistors M5 über einen weiteren Transistor M4 mit Masse GND verbunden ist. Darüber hinaus ist der Drain-Anschluss des Transistors M5 mit dem nicht-invertierenden Eingang des Differenzverstärkers verbunden, so dass an dem nicht- invertierenden Eingang des Differenzverstärkers die Soürce- Drain-Spannung des Transistors M5 anliegt. Die Rückkopplung des Ausgangs des Differenzverstärkers A2 auf den nicht- invertierenden Eingang des Differenzverstärkers A2 hat zur Folge, dass die Source-Drain-Spannung des Transistors M5 im eingeschwungenen Zustand gleich dem gewünschten Spannungshub ΔU für die Spannungsmodulation ist. Darüber hinaus ist der Ausgang des Differenzverstärkers A2 auch mit dem Gate- Anschluss des Transistors M2 verbunden, wobei das Flächenverhältnis AM5/AM2 der Transistoren M2 und M5 gleich dem Verhältnis R3/Rl=50 der Widerstände Rl und R3 ist. Dies hat zur Folge, dass der Differenzverstärker A2 den Transistor M2 so an- steuert, dass über den Transistoren M2 und M5 die gleiche Spannung ΔU=1 V abfällt, die dem gewünschten Spannungshub auf der Leitung a entspricht. Während der Niedrigspannungsphasen auf der Leitung a bei geöffnetem Transistor Ml liegt also auf der Leitung a die folgende Spannung:Furthermore, the driver circuit has a reference voltage element VREF1, which generates a reference voltage ΔU = 1 V, which is equal to the desired voltage swing. The reference voltage element VREF1 is connected to the supply voltage VCC and to the inverting input of a further differential amplifier A2, so that the desired voltage U LO w = VCC-ΔU is present on the inverting input of the differential amplifier A2 during the low voltage phases on line a. The output of the differential amplifier A2 is connected to the gate connection of a transistor M5, the source connection of the transistor M5 being connected to the supply voltage VCC, while the drain connection of the transistor M5 is connected to ground GND via a further transistor M4. In addition, the drain connection of the transistor M5 is connected to the non-inverting input of the differential amplifier, so that the source-drain voltage of the transistor M5 is present at the non-inverting input of the differential amplifier. The feedback of the output of the differential amplifier A2 to the non-inverting input of the differential amplifier A2 has the consequence that the source-drain voltage of the transistor M5 in the steady state is equal to the desired voltage swing ΔU for the voltage modulation. In addition, the output of the differential amplifier A2 is also connected to the gate terminal of the transistor M2, the area ratio A M5 / A M2 of the transistors M2 and M5 being equal to the ratio R3 / Rl = 50 of the resistors Rl and R3. As a result, the differential amplifier A2 drives the transistor M2 in such a way that the same voltage ΔU = 1 V drops across the transistors M2 and M5, which corresponds to the desired voltage swing on line a. During the low voltage phases on line a with transistor Ml open, line a has the following voltage:
U LOW - VCC - XU - (ILAST + ISIGNAL + IKEF] ) • Rl = VCC - AU Die Ansteuerung des Transistors M2 durch den Differenzverstärker sorgt also während der Niedrigspannungsphasen dafür, dass sich der gewünschte Spannungspegel ULO=12V auf der Leitung a einstellt. U LOW - VCC - XU - (I LAST + I SIGNAL + I KEF] ) • Rl = VCC - AU The activation of the transistor M2 by the differential amplifier thus ensures that the desired voltage level U LO = 12V is established on line a during the low voltage phases.
Im folgenden wird nun beschrieben, wie die Zwischenspeiche- rung der während der Hochspannungsphase an dem Gate-Anschluss des Transistors M3 anliegenden Spannung in dem Kondensator Cl verhindert, dass der über die Leitung a fließende Strom beim Umschalten von der Hochspannungsphase in die Niedrigspan- nungsphase springt.The following describes how the buffering of the voltage present in the capacitor C1 during the high-voltage phase at the gate terminal of the transistor M3 prevents the current flowing via line a from jumping from the high-voltage phase to the low-voltage phase when switching over ,
Hierzu ist der Drain-Anschluss des Transistors M6 mit dem Gate-Anschluss eines Transistors M4 verbunden, wobei der Sour- ce-Anschluss des Transistors M4 mit Masse GND verbunden ist, während der Drain-Anschluss des Transistors M4 an den Drain- Anschluss des Transistors M5 angeschlossen ist.For this purpose, the drain connection of transistor M6 is connected to the gate connection of a transistor M4, the source connection of transistor M4 being connected to ground GND, while the drain connection of transistor M4 is connected to the drain connection of the transistor M5 is connected.
Die in dem Kondensator Cl zwischengespeicherte Gate-Spannung des Transistors M3 steuert also den Transistor M4 an. Für den Drain-Strom IDM4 durch den Transistor M4 folgt also aus dem vorgegebenen Flächenverhältnis AM4/AM3=1 der Transistoren M4 und M3 und dem Drain-Strom IDMI:The gate voltage of the transistor M3 buffered in the capacitor C1 thus drives the transistor M4. For the drain current I DM4 through the transistor M4 it follows from the predetermined area ratio A M4 / A M3 = 1 of the transistors M4 and M3 and the drain current I DMI :
Figure imgf000015_0001
Figure imgf000015_0001
( τ 40&Ω c( τ 40 & Ω c
=[IuΛ +" 5μΛ) 50Ω = [ IuΛ + would be "5μΛ ) 50Ω
= (lDm + 20mA)-^= (l Dm + 20mA) - ^
Der Drain-Strom IDM4 durch den Transistor M4 hängt also unmittelbar mit dem Drain-Strom IDM1 durch den Transistor Ml zusammen, der gleich dem über die Leitung a fließenden Strom ist. Weiterhin bestimmt die Gate-Spannung des Transistors M2 den Drain-Strom IDM5 des Transistors M5. Die Pufferung der Gate- Spannung des Transistors M4 durch den Kondensator Cl verhindert also nicht nur sprunghafte Änderungen des Drain-Stroms IDM4Λ sondern wirkt aufgrund des oben genannten funktionalen Zusammenhangs zwischen den Drain-Strömem IDM und IDM1 auch sprunghaften Änderungen des über die Leitung a fließenden Stroms entgegen.The drain current I DM4 through transistor M4 is therefore directly related to the drain current I DM1 through transistor Ml, which is equal to the current flowing via line a. Furthermore, the gate voltage of transistor M2 determines the drain current I DM5 of transistor M5. The buffering of the gate voltage of the transistor M4 by the capacitor C1 therefore not only prevents sudden changes in the drain current I DM4Λ but also counteracts sudden changes in the current flowing through line a due to the above-mentioned functional relationship between the drain currents I DM and I DM1 .
Figur 4 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel der erfin¬ dungsgemäßen Treiberschaltung, das weitgehend mit dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel übereinstimmt, so dass im folgenden dieselben Bezugszeichen verwendet werden und zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung zu Figur 3 verwiesen wird.Be 4 shows an alternative embodiment of the OF INVENTION ¬ to the invention the driver circuit, which largely corresponds with the embodiment described above, so that used hereinafter the same reference numerals and reference is made to avoid repetition of the foregoing description of FIG. 3
Im folgenden werden zunächst die zusätzlichen Bauelemente der Treiberschaltung gemäß Figur 4 beschrieben, um anschließend unter Bezugnahme auf die Beschreibung des strukturellen Aufbaus die Funktionsweise der zusätzlichen Bauelemente zu erläutern.In the following, the additional components of the driver circuit according to FIG. 4 are described first, in order to subsequently explain the functioning of the additional components with reference to the description of the structural structure.
Die Treiberschaltung gemäß Figur 4 weist zusätzlich einen Transistor M9 auf, dessen Gate-Anschluss mit dem Drain- Anschluss des Transistors Mβ verbunden ist, während der Source-Anschluss des Transistors M9 an Masse angeschlossen ist.The driver circuit according to FIG. 4 additionally has a transistor M9, the gate connection of which is connected to the drain connection of the transistor Mβ, while the source connection of the transistor M9 is connected to ground.
Weiterhin weist die Treiberschaltung gemäß Figur 4 zusätzlich einen Transistor M8 auf, dessen Source-Anschluss mit dem Referenzspannungselement VREF1 und mit dem Drain-Anschluss des Transistors M9 verbunden ist, während der Drain-Anschluss des Transistors M8 über einen Widerstand R4=R3/2=250 Ω mit der Versorgungsspannung VCC verbunden ist. Der Gate-Anschluss des Transistors M8 ist dagegen mit einer zusätzlichen Spannungsquelle Vg verbunden, deren Spannung gleich dem Maximalwert der von der Signalquelle S2 gelieferten Spannung ist. Darüber hinaus verbindet der Widerstand R4 die Versorgungsspannung VCC mit dem Source-Anschluss des Transistors M5. Die Transistoren M4 und M9 sowie die Transistoren M5 und M8 weisen hierbei vorzugsweise die gleiche Transistorfläche AM4=AM9 bzw. M5=AM8 auf.Furthermore, the driver circuit according to FIG. 4 additionally has a transistor M8, the source connection of which is connected to the reference voltage element VREF1 and to the drain connection of the transistor M9, while the drain connection of the transistor M8 via a resistor R4 = R3 / 2 = 250 Ω is connected to the supply voltage VCC. By contrast, the gate connection of transistor M8 is connected to an additional voltage source Vg, the voltage of which is equal to the maximum value of the voltage supplied by signal source S2. In addition, the resistor R4 connects the supply voltage VCC to the source terminal of the transistor M5. The transistors M4 and M9 and the transistors M5 and M8 preferably have the same transistor area A M4 = A M 9 or M 5 = AM8.
Im folgenden wird nun unter Bezugnahme auf die vorstehend Beschreibung der zusätzlichen Bauelemente der in Figur 4 dargestellten Treiberschaltung deren Funktion erläutert.The function of the additional components of the driver circuit shown in FIG. 4 will now be explained with reference to the description above.
So bewirkt der über die Leitung" a fließende Strom einen Span- nungsabfall über dem Transistor Ml und an Rl .- Die dadurch verursachte Spannungsverschiebung wird durch den Widerstand R4 und die Transistoren M8 und M9 kompensiert. So fließen durch den Transistor M5 und durch den Transistor M8 Ströme mit gleicher Amplitude. Dies führt dazu, dass sich die Mit- telwerte der Spannungen auf der Leitung a in Abhängigkeit von dem über die Leitung a fließenden Strom verschieben, wohingegen der Modulationshub vorteilhaft nahezu konstant bleibt.Thus, the current flowing through line " a causes a voltage drop across transistor Ml and at R1. The voltage shift caused thereby is compensated by resistor R4 and transistors M8 and M9. Thus, flow through transistor M5 and through transistor M8 currents with the same amplitude, which means that the mean values of the voltages on line a shift depending on the current flowing via line a, whereas the modulation stroke advantageously remains almost constant.
Figur 5 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel der erfin- dungsgemäßen Treiberschaltung, das weitgehend mit dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel übereinstimmt, so dass im folgenden dieselben Bezugszeichen verwendet werden und zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung zu Figur 4 verwiesen wird.FIG. 5 shows an alternative exemplary embodiment of the driver circuit according to the invention, which largely corresponds to the exemplary embodiment described above, so that the same reference numerals are used in the following and reference is made to the above description of FIG. 4 in order to avoid repetition.
Der entscheidende Unterschied der Treiberschaltung gemäß Figur 5 gegenüber den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen besteht darin, dass der Transistors Ml weggelassen ist, so dass die Verbindung mit der Leitung a ausschließlich durch den Transistors M2 erfolgt. Dies bietet den Vorteil, dass nur ein einziger Leistungstransistor erforderlich ist.The decisive difference between the driver circuit according to FIG. 5 and the exemplary embodiments described above is that the transistor M1 is omitted, so that the connection to the line a takes place exclusively through the transistor M2. This has the advantage that only a single power transistor is required.
Im folgenden werden zunächst die zusätzlichen Bauelemente der Treiberschaltung gemäß Figur 5 beschrieben, um anschließend unter Bezugnahme auf die Beschreibung des strukturellen Aufbaus die Funktionsweise der zusätzlichen Bauelemente zu erläutern. Der Gate-Anschluss des Transistors M2 ist über ein aus zwei Transistoren Mll, M12 bestehendes Schaltelement mit dem Ausgang des Differenzverstärkers A2 verbunden, wobei die Source- Anschlüsse der beiden Transistoren Mll, M12 zusammengeschaltet sind, während die beiden Gate-Anschlüsse der Transistoren Mll, M12 von der Signalquelle S2 angesteuert werden.In the following, the additional components of the driver circuit according to FIG. 5 are first described, in order to then explain the functioning of the additional components with reference to the description of the structural structure. The gate connection of the transistor M2 is connected to the output of the differential amplifier A2 via a switching element consisting of two transistors Mll, M12, the source connections of the two transistors Mll, M12 being connected together, while the two gate connections of the transistors Mll, M12 can be controlled by the signal source S2.
Weiterhin weist die Treiberschaltung zwei Transistoren M9 und MIO auf, wobei der Drain-Anschluss des Transistors M9 mit dem Gate-Anschluss des Transistors M2 verbunden ist, während die beiden Source-Anschlüsse der Transistoren M9, MIO miteinander verbunden sind. Der Drain-Anschluss des Transistors MIO ist schließlich über eine Spannungsquelle Vgl mit Masse verbun- den.Furthermore, the driver circuit has two transistors M9 and MIO, the drain connection of transistor M9 being connected to the gate connection of transistor M2, while the two source connections of transistors M9, MIO are connected to one another. The drain connection of the transistor MIO is finally connected to ground via a voltage source Vgl.
Schließlich weist die Treiberschaltung noch einen Inverter Inl auf, der die Signalquelle S2 mit den Gate-Anschlüssen der beiden Transistoren M9, MIO verbindet.Finally, the driver circuit also has an inverter Inl, which connects the signal source S2 to the gate connections of the two transistors M9, MIO.
Die funktioneile Besonderheit der in Figur 5 dargestellten Treiberschaltung besteht darin, dass die Gate-Spannung des Transistors M2 umgeschaltet wird. Dies erfolgt durch die Transistoren Mll, M12 und durch die Transistoren M9, MIO. In der Hochspannungsphase ist der Transistor M2 niederohmig durchgeschaltet, wohingegen der Transistor M2 in der Niedrig- spannungsphase auf einen definierten Widerstand RDS zwischen dem Source-Anschluss und dem Drain-Anschluss gesteuert wird.The functional specialty of the driver circuit shown in FIG. 5 is that the gate voltage of the transistor M2 is switched over. This is done by transistors Mll, M12 and by transistors M9, MIO. In the high voltage phase, transistor M2 is switched through with low resistance, whereas in the low voltage phase transistor M2 is controlled to a defined resistance R DS between the source connection and the drain connection.
Die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Treiberschaltung ist jedoch hinsichtlich ihrer schaltungstechnischen Realisierung nicht auf die vorstehend beschriebenen Bauelemente beschränkt, da beispielsweise andere Transistortypen verwendet werden können.However, the driver circuit according to the invention described above is not limited to the components described above with regard to its circuitry implementation, since, for example, other transistor types can be used.
Schließlich ist noch zu erwähnen, dass der in Figur 1 dargestellte Sender 5 für die Leitung b analog zu der vorstehend beschriebenen Treiberschaltung aufgebaut ist, so dass sich eine detaillierte Beschreibung der Treiberschaltung des Senders 5 erübrigt und diesbezüglich auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird.Finally, it should also be mentioned that the transmitter 5 shown in FIG. 1 for line b is analogous to that above Driver circuit described is constructed so that a detailed description of the driver circuit of the transmitter 5 is unnecessary and in this regard reference is made to the above description.
Auch beschränkt sich die Erfindung in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich an- ders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. The embodiment of the invention is also not limited to the preferred exemplary embodiments specified above. Rather, a number of variants are conceivable which make use of the solution shown, even in the case of fundamentally different types.

Claims

Patentansprüche claims
1. Treiberschaltung zur Übertragung von Daten über eine Ubertragungsleitung (a, b) zu einem Empfanger (2, 3) , mit1. Driver circuit for the transmission of data via a transmission line (a, b) to a receiver (2, 3), with
einem steuerbaren ersten Schaltelement (Ml) , das die Ubertragungsleitung (a, b) mit einer Versorgungsspannung (VCC) oder mit Masse (GND) verbindet, um die Spannung auf der Ubertragungsleitung (a, b) entsprechend den zu übertragenden Daten zu modulieren,a controllable first switching element (M1) which connects the transmission line (a, b) to a supply voltage (VCC) or to ground (GND) in order to modulate the voltage on the transmission line (a, b) in accordance with the data to be transmitted,
einem parallel zu dem ersten Schaltelement (Ml) geschalteten ersten Ankopplungselement (M2) , das den über das erste Schaltelement (Ml) fließenden Strom übernimmt, solange das erste Schaltelement (Ml) sperrt,a first coupling element (M2) connected in parallel to the first switching element (Ml), which takes over the current flowing through the first switching element (Ml) as long as the first switching element (Ml) is blocking,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,characterized,
dass das erste Ankopplungselement ein steuerbares zweites Schaltelement (M2) mit einem einstellbaren Innenwiderstand ist, um die gewünschte Spannung auf der Ubertragungsleitung (a, b) bei geringer Verlustleistung einstellen zu können.that the first coupling element is a controllable second switching element (M2) with an adjustable internal resistance in order to be able to set the desired voltage on the transmission line (a, b) with low power loss.
2. Treiberschaltung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,2. Driver circuit according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass eine erste Ubertragungsleitung (a) und eine zweite Ubertragungsleitung (b) vorgesehen sind,that a first transmission line (a) and a second transmission line (b) are provided,
wobei die erste Ubertragungsleitung (a) durch eine Parallelschaltung aus dem ersten Schaltelement (Ml) und dem zweiten Schaltelement (M2) mit der Versorgungsspannung (VCC) verbunden ist,wherein the first transmission line (a) is connected to the supply voltage (VCC) by a parallel connection of the first switching element (M1) and the second switching element (M2),
wahrend die zweite Ubertragungsleitung (b) durch eine Parallelschaltung aus einem dritten Schaltelement zur Spannungsmo- dulation und einem vierten Schaltelement mit einem einstellbaren Innenwiderstand mit Masse ' (GND) verbunden ist.while the second transmission line (b) is connected in parallel from a third switching element to the voltage dulation and a fourth switching element with an adjustable internal resistance to ground ' (GND) is connected.
3. Treiberschaltung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zwischen den beiden Übertragungsleitungen eine steuerbare Stromquelle angeordnet ist, um während der Niedrigspannungsphasen auf den Übertragungsleitungen einen Querstrom durch das zweite Schaltelement und das vierte Schaltelement zu treiben.3. Driver circuit according to claim 2, that a controllable current source is arranged between the two transmission lines in order to drive a cross current through the second switching element and the fourth switching element during the low voltage phases on the transmission lines.
4. Treiberschaltung nach Anspruch mindestens 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 zur Erfassung des über die Übertragungsleitung (a, b) fließenden Stroms eine Messeinrichtung (AI, Mβ, M7, Cl, R2, IREFI) vorgesehen ist, wobei die Messeinrichtung ausgangssei- tig mit der zweiten Schaltelement und/oder dem vierten Schaltelement verbunden ist, um deren Innenwiderstand ent- sprechend dem über die Übertragungsleitung (a, b) fließenden Strom einzustellen.4. Driver circuit according to claim at least one of the preceding claims, characterized in that a measuring device (AI, Mβ, M7, Cl, R2, I REFI ) is provided for detecting the current flowing via the transmission line (a, b), the measuring device being output - tig is connected to the second switching element and / or the fourth switching element in order to adjust their internal resistance in accordance with the current flowing through the transmission line (a, b).
5. Treiberschaltung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Messeinrichtung eine Abtastschaltung (Sl, M7, M6) aufweist, um den über die Übertragungsleitung (a, b) fließenden Strom mit einer vorgegebenen Abtastperiode abzutasten.5. Driver circuit according to claim 4, so that the measuring device has a sampling circuit (Sl, M7, M6) in order to sample the current flowing over the transmission line (a, b) with a predetermined sampling period.
6. Treiberschaltung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Abtastperiode im wesentlichen gleich der Datenübertragungsrate ist.6. Driver circuit according to claim 5, that the sampling period is substantially equal to the data transfer rate.
7. Treiberschaltung nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Messeinrichtung ein Speicherelement (Cl) aufweist, um dem Messwert des während der 'Hochspannungsphasen über die Übertragungsleitungen (a, b) fließenden Stroms während der Niedrigspannungsphasen zwischenzuspeichern .7. Driver circuit according to at least one of claims 4 to 6, characterized in that that the measuring device comprises a storage element (Cl) to the measured value of the latch while the 'high voltage phases via the transmission lines (a, b) current flowing during the low voltage phase.
8. Treiberschaltung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Speicherelement ein Kondensator (Cl) ist.8. Driver circuit according to claim 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the memory element is a capacitor (Cl).
9. Treiberschaltung nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zur Regelung des Innenwiderstands des zweiten Schaltelement und/oder des vierten Schaltelements ein Regler (M5, A2, VREF1) vorgesehen ist.9. Driver circuit according to at least one of claims 2 to 7, that a controller (M5, A2, VREF1) is provided for regulating the internal resistance of the second switching element and / or the fourth switching element.
10. Treiberschaltung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Regler eingangsseitig mit der Messeinrichtung ver- bunden ist, um den Innenwiderstand in Abhängigkeit von dem über die Übertragungsleitung (a, b) fließenden Strom zu regeln.10. Driver circuit according to claim 9, so that the controller is connected on the input side to the measuring device in order to regulate the internal resistance as a function of the current flowing via the transmission line (a, b).
11. Treiberschaltung nach Anspruch 9 oder 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Regler ein Referenzspannungselement (VREF1) aufweist, dessen Ausgangsspannung gleich dem gewünschten Spannungshub auf der Übertragungsleitung (a, b) Modulation ist, um den Innenwiderstand entsprechend dem gewünschten Span- nungshub einzustellen.11. Driver circuit according to claim 9 or 10, so that the controller has a reference voltage element (VREF1), the output voltage of which is equal to the desired voltage swing on the transmission line (a, b) modulation in order to set the internal resistance in accordance with the desired voltage swing.
12. Treiberschaltung nach mindestens 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 der Modulationshub der Spannung auf der Übertragsleitung kleiner ist als die zweifache Diodenspannung. 12. Driver circuit according to at least one of the preceding claims, that the modulation stroke of the voltage on the transmission line is less than twice the diode voltage.
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