DD284396A7 - Verfahren und anordnung zur seriellen datenuebertragung ueber eine potentialtrennstelle - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur seriellen Datenuebertragung ueber eine Potentialtrennstelle mittels rechnergesteuerter Modulation einer zur Energieuebertragung ueber die Potentialtrennstelle verwendeten rechteckfoermigen Wechselspannung, welche sekundaerseitig ausgewertet bzw. zum Zwecke der Energieversorgung gleichgerichtet wird. Erfindungsgemaesz wird in einer der Halbwellen jeder Periode der rechteckfoermigen Wechselspannung in einem festgelegten Zeitraster jeweils ein Datenwort in Form von Rechteckimpulsen eingeblendet und der Umschaltzeitpunkt auf die zweite Halbwelle der Periode der rechteckfoermigen Wechselspannung verzoegert. Damit bleibt das Tastverhaeltnis der rechteckfoermigen Wechselspannung konstant. Sekundaerseitig werden die die Information darstellenden Impulse aus der rechteckfoermigen Wechselspannung ausgekoppelt, in Impulse definierter Breite umgewandelt und diese Impulse taktgesteuert in eine bitparallele Darstellung des uebertragenen Datenwortes transformiert. Fig. 1{serielle Datenuebertragung; Potentialtrennstelle; rechnergesteuerte Modulation; Energieuebertragung; rechteckfoermige Wechselspannung; Zeitraster; Rechteckimpulse; konstantes Tastverhaeltnis; bitparallele Darstellung}

Description

Titel der Erfindung

Verfahren und Anordnung zur seriellen Datenübertragung über eine Potential trennsteile

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung dient der Informationsübertragung über eine für Energieübertragung geeignete Potentialtrennstelle. Sie ist zur potentialgetrennten Ansteuerung von Steuerungseinrichtungen, von Dig.ital-Analog-Wandlern und von Meßwerterfassungseinrichtungen vorteilhaft anwendbar.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Aus Gründen der elektromagnetischen Verträglichkeit ist es sinnvoll, die Informationsübertragung von und zu digitalen Informationsverarbeitungseinrichtungen über Potentialtrennstellen zu führen.

In der DE-OS 28 13 764 werden zur Energieübertragung, zur Synchronsignalübertragung und zur gemultiplexten Informationsübertragung einer Meßwerterfassungsvorrichtung jeweils verschiedene Potentialtrennmittel eingesetzt. Nachteilig bei dieser Lösung ist die Potentialtrennung mittels drei paralleler Anordnungen. Dabei tritt eine Vergrößerung der Durchgriffskapazität bzw. eine verminderte elektromagnetische Verträglichkeit auf. In der DE-OS 29 27 336 werden zur seriellen Datenübertragung taktgesteuerte Schieberegister eingesetzt, wobei zwischen Sender und Empfänger die seriellen Daten und der Takt gesondert neben der Energieversorgung der Baugruppen übertragen werden. Nachteilig ist die gesonderte Taktsignalübertragung, die im Fall von Potentialtrennanordnungen zwischen Sender und Empfänger die Zahl der Potentialtrennmittel erhöht und eine Vergrößerung der Durchgriff skapazität bzw. eine verminderte elektromagnetische Verträglichkeit nach sich zieht.

Aus der DD-PS 260 854 ist eine Anordnung zur zweiseitigen potentialgetrennten Übertragung von Informationssignalen bekannt,

wobei die Energie- und Informationsübertragung über eine einzige Potentialtrennstelle mittels einer modulierten Wechselspannung erfolgt. Zur speziellen Ausführung des Modulations- und Demodulationsverfahrens und zur Lösung der damit verbundenen Probleme einer stabilen Energieübertragung bei gleichzeitig sicherer Informationsübertragung wurden in der DD-PS 260 854 keine Angaben gemacht.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, digitale Informationen und Energie über eine und dieselbe Potentialtrennstelle zu übertragen, wobei keine Beeinträchtigung der Energieübertragung durch die Informationsübertragung erfolgt und die Information sekundärseitig leicht auswertbar ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anordnung zur seriellen Datenübertragung über eine Potentialtrennstelle mittels rechnergesteuerter Modulation einer zur Energieübertragung über die Potentialtrennstelle verwendeten rechteckförmigen Wechselspannung und zur sekundärseitigen Auswertung der modulierten Wechselspannung zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe des Verfahrens dadurch gelöst, daß in einer der Halbwellen jeder Periode der rechteckförmigen Wechselspannung in einem festgelegten Zeitraster jeweils ein Datenwort in Form von Rechteckimpulsen eingeblendet und der ümschaltzeitpunkt auf die zweite Halbwelle der Periode der rechteckförmigen Wechselspannung um die Summe der Impulsdauer, der das jeweilige Datenwort darstellenden Rechteckimpulse mit zum Potential der Halbwelle der Wechselspannung entgegengesetzten Potential, verzögert wird. Damit wird ein konstantes Tastverhältnis der rechteckförmigen Wechselspannung, vorzugsweise 1:1, erreicht. Sekundärseitig werden die die Information darstellenden Impulse aus der rechteckförmigen Wechselspannung ausgekoppelt, in Datenimpulse definierter Breite umgewandelt und diese Datenimpulse taktgesteuert in eine bitparallele Darstellung dea übertragenen Datenwortes umgewandelt. Die Länge des übertragenen Datenwortes ist dabei beliebig wählbar.

Die erfindungsgemäße Anordnung weist auf der Sekundärseite der Potentialtrennstelle bekannterweise eine Gleichrichteranordnung zur Erzeugung der Betriebspannung·aus der rechteckförmigen Wechselspannung auf, welche parallel zu einer Auswerteanordnung liegt. Erfindungsgemäß besitzt die Auswerteanordnung eine Impulsabtrennschaltung mit nachgeordneter Impulsformerschaltung zur Erzeugung von Datenimpulsen definierter Breite. Der Ausgang der Impulsformerschaltung ist an den Setzeingang eines Speichers und an die Dateneingänge mehrerer Datenspeicher geschaltet. Der Ausgang des Speichers ist mit einem Taktgenerator, dessen Ausgang auf den Takteingang eines Schieberegisters geführt ist, verbunden. Der Speicher wird»mit Beginn der Halbwelle der rechteckförmigen Wechselspannung, in welcher die die Information tragenenden Datenimpulse eingeblendet sind, gesetzt und gibt den Taktgenerator frei, der die Abfragezeitpunkte der Datenimpulse bestimmt. Die Ausgänge des Schieberegisters sind jeweils mit dem Takteingang einer der Datenspeicher verbunden, wobei der höchstwertige Ausgang des Schieberegisters mit dessen Rücksetzeingang und mit dem Rücksetzeingang des Speichers verbunden ist. Der Taktgenerator schaltet das Schieberegister und nach Durchlauf aller Stellen des Schieberegisters wird der Speicher zurückgesetzt sowie der Taktgenerator angehalten. Die Schaltflanken der Ausgangsimpulse des Schieberegisters takten den jeweils nachgeordneten Datenspeicher, an dessen Dateneingang die Datenimpulse vom Ausgang der Impulsformerschaltung liegen. Entsprechend den anliegenden Datenimpulsen werden die Ausgänge der Datenspeicher im Takt der Ausgangsimpulse des Taktgenerators gesetzt. Damit liegt an den Ausgängen der Datenspeicher das übertragene Datenwort in bitparalleler Darstellung an, welches in jeder Periode der energieübertragenden Wechselspannung aktualisiert wird.

Ausführunqsbeispiel

Die Erfindung soll anhand des nachfolgenden Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

Dabei zeigen

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Anordnung zur bitparallelen

Datenausgabe nach serieller Übertragung eines Datenwortes mit einer Wortlä ige von 2 bit über eine PotentialtrennstelIe

und Fig. 2 das Impulsdiagramm der Anordnung nach Fig. 1 mit

entsprechender Verarbeitung des modulierten Wechselspannungssignals.

In Fig. 2 ist das Impulsdiagrammm der erfindungsgemäß modulierten rechteckförmigen Wechselspannung Il dargestellt. In der positiven Halbwelle der rechteckförmigen Wechselspannung werden auf der Primärseite der Potentialtrennstelle 1 in Fig. 1 rechnergesteuert zu den Zeitpunkten A und B die das digitale Datenwort darstellenden RechteckimpulsG eingeblendet. Die eingeblendeten Rechteckimpulse können in beliebiger Kombination der logischen Pegel L(Low) und H(High) auftreten. In Abhängigkeit von der Summe der zu den Zeitpunkten A und B auftretenden Rechteckimpulse mit logischen Pegel L wird die Lowflanke V der nachfolgenden Halbwelle der rechteckförmigen Wechselspannung verzögert, so daß das Tastverhältnis der rechteckförmigen Wechselspannung während der Periodendauer T gleich Eins bleibt. Die energieübertragende modulierte Wechselspannung Il enthält somit unabhängig von der Modulation der Wechselspannung keine Gleichspannungsanteile, wodurch eine verzerrungsfreie Impulsübertragung über die Potentialtrennstelle 1 gesichert ist.

Zur Auskoppelung der übertragenen Information in Form der eingeblendeten Rechteckimpulse auf der Sekundärseite der Potentialtrennstelle 1 dient eine Impulsabtrennschaltung 2, welche bei jeder Low-High-Flanke der modulierten Wechselspannung Il positive Nadelimpulse 12 erzeugt. Durch die nachgeordnete Impulsformerschaltung 3 wird aus den Nadelimpulsen 12 eine Impulsfolge 13, bestehend aus Datenimpulsen definierter Breite, gebildet. Damit ist jeder Low-High-Flanke der modulierten Wechselspannung Il ein Rechteckimpuls definierter Breite in der Impulsfolge 13 zugeordnet .

Die erste Low-High-Flanke E der modulierten Wechselspannung Il bzw. der Impulsfolge 13 während der Periodendauer T setzt einen nachgeordneten Freigabespeicher 4. Das Ausgangssignal 14 des Freigabespeichers 4 gibt einen damit verbundenen Taktgenerator 5 frei, welcher eine Taktimpulsfolge 15, mit den Low-High-Flanken GO bis G3, während jeder Halbwelle der modulierten Wechselspannung Il erzeugt. Die Low-High-Flanken GO, Gl und G2 liegen dabei synchron zu den die Information darstellenden Datenimpulsen der Impulsfolge 13. Der Taktgenerator 5 schaltet mit jeder Low-High-

Flanke GO bis G3 nacheinander die Ausgänge QO bis Q3 eines naohgeordneten Schieberegisters 6 von Low auf High um. Die Ausgangssignale 16 an den Ausgängen Ql und Q2 des Schieberegisters 6 takten je einen nachgeordneten Datenspeicher 7 und 8, an deren Dateneingängen D die Datenimpulse der Impulsfolge 13 liegen. Gesteuert durch den Low-High-Übergang der Impulse am Ausgang Ql des Schieberegisters 6, während arn Dateneingang D des Datenspeichers 7 der Datenimpuls zum Zeitpunkt A liegt, wird der Datenausgang Dl des Datenspeichers 7 entsprechend gesetzt. In gleicher Weise erfolgt das Setzen des Ausgangs des Datenspeichers 8 zum Zeitpunkt B durch den Low-High-Übergang am Ausgang Q2 des Schieberegioters 6. Damit steht an den Ausgängen Dl und D2 der Datenspeicher 7 und 8 eine 2 bit breite Information parallel und statisch zur Verfügung, welche mit der Periodendauer T der rechteckförmigen Wechselspannung aktualisiert wird. In Fig. 2 sind die Daten 17 an den Datenausgängen Dl und D2 der Datenspeicher 7 und 8 dargestellt, wobei die Daten 17 in der ersten Periode der rechteckförmigen Wechselspannung den logischen Pegel H und in der zweiten Periode den logischen Pegel L annehmen .

Das Ausgangssignal 16 am Ausgang Q3 des Schieberegisters 6 setzt mit Low gegen High den Freigabespeicher 4 und das Schieberegister 6 zurück.

Das Ausgangssignal 16 am Ausgang QO des Schieberegisters 6 wird von der Low-High-Flanke der modulierten Wechselspannung Il immer auf High gesetzt und trägt keine Information. Es kann zur Synchronisation der Datenübertragung genutzt werden.

Claims (2)

Patentanspruch

1. Verfahren zur seriellen Datenübertragung über eine Potentialtrennstelle mittels rechnergesteuerter Modulation einer zur Energieübertragung über die Potentialtrennstelle verwendeten rechteckförmigen Wechselspannung, welche sekundärseitig ausgewertet bzw. gleichgerichtet wird, gekennzeichnet dadurch, daß in einer der Halbwellen jeder Periode der rechteckförmigen Wechselspannung in einem festgelegten Zeitraster jeweils ein Datenwort in Form von Rechteckimpulsen eingeblendet wird, daß der Umschaltzeitpunkt auf die zweite Halbwelle der Periode der rechteckförmigen Wechselspannung um die Summe der Impulsdauer, der das jeweilige Datenwort darp^.^lenden Rechteckimpuise mit zum Potential der Halbwelle der Wechselspannung entgegengesetzten Potential, verzögert wird, so daß das Tastverhältnis der rechteckförmigen Wechselspannung konstant bleibt und daß sekundärseitig die die Information darstellenden Impulse aus der rechteckförmigen Wechselspannung ausgekoppelt, in Impulse definierter Breite umgewandelt und diese Impulse taktgesteuert in eine bitparallele Darstellung des übertragenen Datenwortes umgewandelt werden.

2. Anordnung zur seriellen Datenübertragung über eine Potentialtrennstelle mittels rechnergesteuerter Modulation einer zur Energieübertragung über die Potential trennstelle verwendeten rechteckförmigen Wechselspannung, welche sekundärseitig ausgewertet bzw. gleichgerichtet wird, gekennzeichnet dadurch, daß auf der Sekundärseite der Potentialtrennstelle (1) bekannterweise eine Gleichrichteranordnung zur Erzeugung der Betriebsspannung aus der rechteckförmigen Wechselspannung, welche parallel zu einer Auswerteanordnung liegt, angeordnet ist,

daß die Auswerteanordnung eine Imoulsabtrennschaltung (2) mit nachgeordneter Impulsformerschaltung (3) zur Erzeugung von Impulsen definierter Breite aufweist,

daß der Ausgang der Impulsformerschaltung (3) an den Setzeingang eines Speichers (4) und mit den Dateneingängen (D) mehrerer Datenspeicher (7, 8) verbunden ist,

daß der Ausgang des Speichers (4) an einen Taktgenerator (5), dessen Ausgang auf den Takteingang eines Schieberegisters (6) geführt ist, geschaltet ist,

daß die Ausgänge (QO, Ql, Q2, Q3) des Schieberegisters (6) jeweils mit einem Takteingang einer der Datenspeicher (7, 8) verbunden sind,

daß der höchstwertige Ausgang des Schieberegisters (6) mit dessen Rücksetzeingang und mit dem Rücksetzeingang des Speichers (4) verbunden ist

und daß an den Ausgängen (Dl, D2) der Datenspeicher (7, 8) das übertragene Datenwort in bitparalleler Darstellung anliegt.

Hierzu7* Seilen