DE1299684B - Anordnung zur stoerungsunempfindlichen UEbertragung von binaeren Signalen - Google Patents

Anordnung zur stoerungsunempfindlichen UEbertragung von binaeren Signalen

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DE1299684B
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DE19681762324
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English (en)
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Kalisvaart Adrianus
Dipl-Phys Eilert
Schackwitz
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Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Original Assignee
Philips Patentverwaltung GmbH
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/22Arrangements for detecting or preventing errors in the information received using redundant apparatus to increase reliability
    • GPHYSICS
    • G08SIGNALLING
    • G08CTRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C25/00Arrangements for preventing or correcting errors; Monitoring arrangements
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00Arrangements for detecting or preventing errors in the information received

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manipulation Of Pulses (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur stö. rungsunempfindlichen Übertragung von binären Signalen über Leitungen, die auf der Sendeseite vor Verstärkern mit niedrigem Ausgangswiderstand eingespeist und auf der Empfangsseite mit Schwellwertverstärkern abgeschlossen sind.
  • Bei der Übertragung von binären Signalen, z. B, von Zählimpulsen zu einer Werkzeugmaschine übet einen längeren Übertragungsweg von einigen Metern Kabel, können aus verschiedensten Quellen Störungen eingestreut werden. Diese Störungen können ein sehr breites Frequenzspektrum mit großen Energien auch bei hohen Frequenzen enthalten, so daß die Verwendung von Filtern verschiedener Art, insbesondere bei Nutzsignalen hoher Frequenz bzw. dichter Folge, keine Störungen beseitigen können.
  • Es ist nun bekannt, bei Übertragung der Signale über Leitungen mit Verstärkern einzuspeisen, die bei beiden binären Werten des Signals möglichst kleinen Ausgangswiderstand besitzen. Dadurch werden kapazitiv eingestreute Störungen stark bedämpft, jedoch nur, wenn die Frequenz bzw. das Spektrum der Störung so niedrig ist, daß die Leitung hierfür noch keinen wesentlichen induktiven Widerstand bzw. Laufzeit besitzt.
  • Bei der Übertragung von binären Signalen werden auf der Empfangsseite auch Eingangsverstärker verwendet, die eine hohe Ansprechschwelle besitzen, z. B. bei etwa dem halben Nutzhub des Signals. Damit werden Störungen unwirksam, die kleiner als der halbe Nutzhub sind. Es kann damit jedoch nicht verhindert werden, daß-noch größere Störsignale doch Fehler verursachen.
  • Hier zeigt die Erfindung eine Lösung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Übertragung eines Signals. sowohl direkt wie auch im Komplement erfolgt und auf der Empfangsseite eine Kontrollschaltung nur dann deren Ausgangssignal ändert, wenn beide Eingangssignale entgegengesetzte komplementäre Werte annehmen.
  • Die Erfindung nutzt dabei die Tatsache aus, daß ein Störsignal den bzwe die Übertragungswege jeweils in der gleichen Richtung beeinflußt, so daß ein Störsignal sowohl das Nutzsignal selbst wie auch den Komplementwert gleichzeitig entweder zu einer »0« oder zu einer »1« verfälscht. Darauf reagiert die Kontrollschaltung jedoch in beiden Fällen nicht.
  • Allerdings muß vorausgesetzt werden, daß die an der Kontrollschaltung. ankommenden Störsignale, d. h. der Zustand: beide Eingänge haben »0« oder -»1«, nicht länger dauern als zwei Signalwechsel, da sonst ein Signal verlorengehen kann. Nun sind Störungen mit großer Amplitude allgemein kürzer als-Störungen mit kleiner Amplitude, so daß letztere von der Kontrollschaltung' ferngehalten werden müssen. Um dies zu erreichen, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung auf der Senderseite zur Einspeisung der Leitungen in an sich bekannter Weise ein Verstärker mit kleinem Ausgangswiderstand und auf der Empfangsseite ein Schwellwertschalter mit großer Hysterese vorgesehen, wobei vorteilhaft beide Verstärker auf bestimmte Weise gleich aufgebaut sind. Durch einen Schwellwertschalter mit großer Hysterese können bei entsprechender Dimensionierung dann Störungen bis nahe zum Signalhub von der Kontrollschaltung ferngehalten werden. E An Hand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine Übersichtsdarstellung, F i g. 2 ein. Ausführungsbeispiel. der Kontrollschaltung, F i g. 3 ein Schaltbild des Verstärkers, F i g. 4 a und 4 b das Schaltverhalten eines Verstärkers ohne bzw. mit Hysterese.
  • F i g. 1 zeigt zunächst den prinzipiellen Aufbau der Anordnung. Das Eingangssignal I wird zwei Leitungstreibern LD direkt bzw. invertiert über den Inverter V zugeführt. An den Ausgängen der Treiber steht also 1 und die invertierte Information 1 zur Verfügung. Die Treiber sind so beschaffen, daß sie sowohl für »0« als auch für »L«-Signale einen niedrigen Innenwiderstand aufweisen.
  • Sie vergrößern gleichzeitig den Signalhub »0« und »L« auf etwa die Speisespannung Up der Treiber. Am Ende der Übertragungsleitung ü befinden sich Eingangsschaltungen LD, die mit einer Spannungshysterese von minimal 1/z Up ausgestattet sind. Hierdurch wird garantiert, daß bei Störspannungen bis zu mindestens -I- oder -1/z Up an den Eingängen an den Ausgängen die richtigen Informationen I und 1 wieder zur Nerfügungstehen. .Falls trotz dieser erhöhten Störsicherheit ein kurzer Störimpuls beide Eingangsschaltungen übersteuert, so wird bei Verwendung einer symmetrisch verlegten Übertragungsleitung (verdrillte Leitungen--oder abgeschirmte Leitungen) der Störimpuls auf beiden Eingängen mit gleicher Polarität erscheinen. An den Ausgängen der Eingangsschaltungen LD entsteht also auf beiden Seiten gleichzeitig »0« oder »L«. Dieser Fehler wird von der Kontrollschaltung K erkannt und-korrigiert, falls die Störung kürzer ist als der zu übertragende Impuls. - Die Kontrollschaltung (F i g. 2) arbeitet folgendermaßen: Die NAND-Gatter 5 und 6 bilden ein Speicher-Flip-Flop. Für den Normalfall, für den in F i g. 2 die an den einzelnen Punkten der Schaltung anliegenden Signale angegeben sind, liegt am Eingang von Gatter 5 stets I und an 6 die Information 1. Deswegen liegt am Ausgang A des Gatters 6 stets 1. Der Ausgang folgt jedem Wechsel von 1 zwischen »L« und »0«. Werden jedoch durch einen Störimpuls beide Eingänge Ei und E2 der Kontrollschaltung auf gleiches Potential gelegt, dann liegt an den Eingängen der Gatter 3 und 4 infolge- der Inverter 1 und 2 jeweils am einen Eingang »Ö« und am anderen »L«. Die Ausgänge der NAND-Gatter 3 und 4 zeigen daher »L«. Die Gatter 5 und 6 verändern hierbei ihre Lage nicht. Am Ausgang der Kontrollschaltung wird --die Information I gespeichert.. Die Störung bewirkt also keine Informationssprünge am Ausgang A der Kontrollschaltung, und die Störimpulse werden von einem angeschlossenen Zähler nicht gezählt, Die Störimpulse können allerdings verhindern, daß ein Zählimpuls über die- Leitung .kommt, wenn die Störung länger andauert als ein Informationswechsel L-0 L oder 0-L-0. Die Kontrollschaltung K ermöglicht also die richtige Übertragung der Zählimpulse, auch wenn kurzzeitig beide Eingänge der Empfangsschaltung übersteuert werden.
  • Die Verstärker zum Einspeisen und Abschließen der Leitung bestehen aus einer Kippschaltung, die für das Eingangssignal eine große Hysterese aufweist und in F i g. 3 dargestellt ist.
  • Die beiden stationären Schaltzustände stellen sich ein, wenn erstens U, O V ist, dann sind T1 und T2 eingeschaltet und Ua ": Up =12V, und wenn zweitens U,:- r Up ist, dann sind T, und T4 eingeschaltet und es ist U" .-: 0 V. Der Widerstand RR bewirkt eine Rückkopplung und damit das Kippverhalten der Schaltung.
  • Wird die Schaltung zunächst ohne Rückkopplung betrachtet, also RR = oo, dann läuft der Umschaltvorgang folgendermaßen ab: Die beiden Eingangstransistoren T1 und T3 können nicht gleichzeitig eingeschaltet sein, da die beiden Basis-Emitter-Strecken parallel geschaltet sind und T1 ein npn- und T3 ein pnp-Transistor ist. Die gemeinsame Basis von T1 und T3 liegt über den aus den beiden Widerständen RT gebildeten Spannungsteiler auf U./2. Diese Spannung wirkt als Schwellspannung US für den aus T1 und T3 gebildeten Schwellwertschalter. Wird die Eingangsspannung von U, = 0 V (T1 und T2 »ein«) ausgehend erhöht, dann wird bei Ue = US = Up/2 der Transistor T1 und demzufolge auch T2 sicher abgeschaltet sein, weil dann kein Basisstrom mehr fließen kann (UBE = 0 V). Für noch ein wenig höhere Eingangsspannung U, = US -I- UBE 3 schaltet dann T3 und demzufolge T4 ein. UBg3 ist die Basis-Emitter-Einschaltspannung von T3.
  • Wird jetzt der Rückkoppelwiderstand RR in die Schaltung eingefügt, dann ist die Reihenfolge des Umschaltens der Transistoren T1 bis T4 genau wie beschrieben, nur mit dem Unterschied, daß die Schwellen, wo T1 und T3 zu sperren beginnen, vom jeweils vorher vorhandenen Schaltzustand der Transistoren T2 und T4 abhängig werden.
  • Entsprechend dem Widerstandsverhältnis von RR zu RT/2 wird die Eingangsspannung Ueo, wo T1 sperrt, zu positiven Spannungen hin verschoben und die Schwellspannung Ueu, wo T3 sperrt, um denselben Betrag in negativer Richtung. Die Differenz Ueo- U"" = d U, ist die Hysterese der Schaltung. Wird die so erzeugte Hysterese JU, größer gewählt als die Summe der Basis-Emitter-Einschaltspannungen von T1 und T3, dann tritt der oben erwähnte undefinierte Zwischenzustand der Schaltung, in dem alle vier Transistoren gesperrt sind, nicht auf, jedenfalls nicht statisch. Das kommt daher, daß, bevor die Schaltung kippen kann, die Eingangsspannung so weit angehoben bzw. gesenkt sein muß, daß immer Einschaltstrom für den jeweils kurz zuvor gesperrt gewesenen Transistor zur Verfügung steht. Der Umschaltvorgang läuft dann infolge der Rückkopplung (auch bei U, = const.) weiter, bis die Ausgangsspannung den statischen Endwert erreicht hat.
  • F i g. 4 zeigt das Schaltverhalten zweier Verstärker, von denen der eine (F i g. 4a) beim Über- oder Unterschreiten einer bestimmten Spannungsschwelle schaltet und der andere (F i g. 4 b) eine gleichgroße Hysterese H (Ueo- Uea hat. Während die Eingangsspannung mit einer Anstiegszeit t,. von »0« nach »L« ansteigt - »0« bzw. »L« sind die logischen Spannungsniveaus der Schaltung -, werden einige kurze Störimpulse eingestreut. Solange sich die Eingangsspannung noch nicht oder nur sehr wenig geändert hat, zeigen beide Ausgänge beim ersten Störimpuls keine Spannungsänderung. Beim zweiten Störimpuls ist für die Schaltung von F i g. 4 a die Schwelle erreicht und der Ausgang schaltet. Bei Beendigung des Störimpulses sinkt die Eingangsspannung wieder unterhalb der Schwelle, und der Ausgang schaltet wieder in die Anfangslage zurück. Erst beim dritten Störimpuls, zur Zeit t1, ist die Störschwelle endgültig überschritten, und der Verstärker bleibt umgeschaltet. Für die Schaltung von F i g. 4 b und mit Hysterese ist beim zweiten Störimpuls die Schaltschwelle Ueo noch nicht erreicht. Erst beim dritten Störimpuls zur Zeit t1 wird die Schwelle Ueo überschritten und kurz darauf unterschritten. Der Ausgang schaltet aber nicht zurück. Wegen der Hysterese ist das erst möglich beim Unterschreiten der Schwelle U". Zum Zeitpunkt t2 würde die Eingangsspannung ohne Störung die Schwelle Ueo erreichen. Die Störungen bewirken also nur ein etwas verfrühtes Schalten zum Zeitpunkt t1. Außerdem ist für die Schaltung mit Hysterese die Störsicherheit schon bei in Ruhe befindlichem Eingangssignal 0 oder L größer als in der Schaltung ohne Hysterese. Wenn gleiche Störsicherheit gefordert wird, bei »0« und »L« am Eingang, dann ist die maximale Störsicherheit im Falle von F i g. 4 a - ohne Hysterese - gleich 1/2 L, während sie für den in F i g. 4 b dargestellten Fall nahezu bei »L«, also dem doppelten Wert, liegen kann.

Claims (5)

  1. Patentansprüche: 1. Anordnung zur störungsempfindlichen übertragung von binären Signalen über Leitungen, die auf der Sendeseite von Verstärkern mit niedrigem Ausgangswiderstand eingespeist und auf der Empfangsseite mit Schwellwertschaltern abgeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragung eines Signals sowohl direkt wie auch im Komplement erfolgt und auf der Empfangsseite eine Kontrollschaltung nur dann deren Ausgangssignal ändert, wenn beide Eingangssignale entgegengesetzte komplementäre Werte annehmen.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrollschaltung zwei kreuzgekoppelte NAND-Gatter (5, 6) enthält, deren weitere Eingänge mit jeweils einem Ausgang von zwei weiteren NAND-Gattern (3, 4) verbunden sind, die jeweils mit einem Eingang (Ei, E2) der Kontrollschaltung direkt und mit dem anderen Eingang (E2, Ei) über einen Inverter (1, 2) verbunden sind.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die NAND-Gatter durch NOR-Gatter ersetzt sind.
  4. 4. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß den Eingängen der Kontrollschaltung je ein Schwellwertschalter (LD) mit großer Hysterese für das Eingangssignal vorgeschaltet sind.
  5. 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwertschalter zwei zueinander komplementäre Transistoren (T1 und T2) enthält, deren Emitter jeweils mit den Polen einer Spannungsquelle (O, Up) verbunden sind, der Kollektoren miteinander verbunden sind und den Ausgang (a) des Schwellwertschalters bilden, und deren Basen jeweils mit den Kollektoren zweier weiterer Transistoren (T3 und T4) verbunden sind, deren Emitter miteinander verbunden sind und den Eingang (e) des Schwellwertschalters bilden und deren Basen ebenfalls miteinander verbunden sind und mit dem Mittelpunkt eines Spannungsteilers sowie über einen Widerstand mit dem Ausgang (a) des Schwellwertschalters verbunden sind. &. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einspeisen der Leitungen auf der Sendeseite der gleiche Schwellwertschalter vorgesehen ist.
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