DE2903327A1

DE2903327A1 - Schaltungsanordnung zur uebertragung von gleichstromsignalen zwischen galvanisch getrennten signalleitungen

Info

Publication number: DE2903327A1
Application number: DE19792903327
Authority: DE
Inventors: Ewald Kolmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1979-01-29
Filing date: 1979-01-29
Publication date: 1980-07-31
Also published as: US4292551A; DE2903327C2

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen

Berlin und München VPA 79 P2 3 0 4 BRD

Schaltungsanordnung zur Übertragung von Gleichstromsignalen zwischen galvanisch getrennten Signalleitungen

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum übertragen von Gleichstromsignalen zwischen einem Eingangsund einem galvanisch davon getrennten Ausgangskreis unter Verwendung von Optokopplern mit Optokoppler-Transistören als lichtbewertende Elemente und einem im Ausgangskreis angeordneten Operationsverstärker.

Die Verwendung von Optokopplern als Koppelelemente zwischen galvanisch getrennten Kreisen ist bekannt. So ist beispielsweise in der DE-PS 21 43 792 ein Signalübertrager zur übertragung von Gleichstromsignalen von einem Eingangskreis auf einen galvanisch davon getrennten Ausgangskreis mit Optokopplern angegeben. Aus dieser Patentschrift ist es weiterhin bekannt, zur Verbesserung des Übertragungsverhaltens für hohe Geschwindigkeiten und zur Verzerrungsreduzierung einem Optokoppler einen Operations-

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verstärker nachzuschalten und zwischen die beiden Eingänge des Operationsverstärkers ein Potentiometer vorzusehen, dessen Abgriff am gleichen Bezugspotential liegt wie der Massenanschluß des Operationsverstärkers. Mit Hilfe des Potentiometers kann eine Symmetrierung der zu übertragenden Gleichstromsignale erreicht werden.

Unabhängig davon, daß mit der bekannten Verwendung eines einstellbaren Potentiometers zur Symmetrierung eine ständige Beobachtung und bedarfsweise eine ständige Nachregelung notwendig isti ist die bekannte Schaltung dann nicht optimal einsetzbar, wenn als Optokoppler solche mit Optokoppler-Transistoren verwendet werden. In diesem Falle ergeben sich nämlich durch das sehr unterschiedliche Ein- und Ausschalteverhalten der Optokoppler-Transistoren sehr starke Verzerrungen. Die unterschiedlichen Ein- und Ausschaltezeiten sind in diesen Fällen dadurch bedingt, daß die Ausschalteverzögerung ©ines gesättigten Optokoppler-Transistors größer ist als die VerzSgerungszeit beim Einschalten.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, zum einen Maßnahmen zur verzerrungsarmen übertragung von Signalen für solche Anordnungen anzugeben, bei denen zur galvanlsehen Trennung zwischen einem Eingangs- und einem Ausgangskreis Optokoppler mit Optokoppler-Transistoren verwendet werden, und zum anderen zugleich auch eine einfache Möglichkeit zur Anpassung an verschiedene Signalpegel, mit denen im Eingangs- und im Ausgangskreis gearbeitet wird, vorzusehen. Die erfindungsgemäße Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß die lichtemitierenden Elemente der Optokoppler an den Ausgang eines durch die Gleichstromsignale auf einer ankommenden Leitung steuerbaren Operations-

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Verstärkers im Eingangskreis, die lichtbewertenden Optokoppler-Transistoren der Optokoppler an die Eingänge des im Ausgangskreis angeordneten Operationsverstärkers angeschlossen sind, der über seinen Ausgang mit einer weiterführenden Signalleitung verbunden ist, daß den Eingängen des Operationsverstärkers im Ausgangskreis ein Kondensator parallelgeschaltet ist, und daß beide Eingänge des Operationsverstärkers im Ausgangskreis über Jeweils einen Widerstand mit dem positiven Pol der Versorgungsspannung dieses Operationsverstärkers verbunden sind»

Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist der Vorteil verbunden, daß der störende Einfluß des unterschiedlichen Ein- und Ausschalteverhaltens der Optokoppler auf die Verzerrung der zu übertragenden Zeichen vermieden wird. Darüberhinaus wird aber auch der Einfluß der Umgebungstemperatur und der Einfluß der Versorgungsspannung weitgehend eliminiert. Die Signalübertragung ist nur noch durch das Einschalteverhalten der Optokoppler bestimmt.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß mit Hilfe der im Eingangskreis und im Ausgangskreis vorgesehenen Operationsverstärker zugleich auch eine Anpassung an verschiedene Signalpegel auf den mit dem Eingangs- und dem Ausgangskreis verbundenen Signalleitung möglich ist.

Schließlich ist die Leistungsaufnahme der neuen Anordnung nur sehr gering, so daß ein leistungsarmer Spannungswandler als Versorgungsquelle vorgesehen werden kann.

Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Dort zeigt

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Fig» 1 ein Ausführungsbeispiel für eine Sendeschaltung

Fig. 2 den Potentialverlauf an ©iaigen ausgewählten Punkten "der Anordnung nach Fig„ 1.

Der in Fig. 1 dargestellt® Übertrager stellt eine.Sendeschaltung dar, die die Übertragung von Gleichstromsignalen zwischen einer ankommenden Signelleitung L1 und einer galvanisch davon getrennten, weiterführenden Signallei= töng L2 ermöglichte Die erfindüngsgenäße Anordnung kann jedoch auch als Empfangsschaltang Hit den gleichen Vorteilen eingestellt werden_β Im Einganskreis ist ein .Operationsverstärker V1 vorgesehen!, der an seinem invertierenden Eingang 2 und an seinem nicht invertierenden Eingang 3 durch die ankommenden Gleiche tr ons ignale steuerbar ist«. Diesem Operationsverstärker ¥1 ist die IFersorgungsspannung + UI zugeordnet. Über seinen Ausgang 11 ist er mit den beiden Optokopplern K1 und K2 verbunden» Der Ausgangskreis ent=· hält ebenfalls einen Operationsverstärker V2, dem die Versorgungsspannung + U2 zugeordnet ist« Die Optokoppler-Transistoren der beiden Optokoppler K1 und K2 sind jeweils mit ihrem·Kollektoranschluß an den invertierenden Eingang und an den nicht invertierenden Eingang 3 des Operationsverstärkers V2 im Ausgangskreis angeschlossen^ Den beiden Eingängen 2 und 3 des Operationsverstärkers V2 ist ein Kondensator C parallelgeschaltet» Weiterhin ist der nicht invertierende Eingang 3 über einen Widerstand R1 und der invertierende Eingang 2 über einen Widerstand R2 mit dem positiven Pol + U2,der diesem Operationsverstärker zugeordneten Versorgungsspannung + U2 verbunden. Zur Stabilisierung und' Begrenzung der Spannung an den Eingängen 2 und 3 des Operationsverstä rkers V2 sind weiterhin zwei entgegengesetzt gepolte Zenerdioden Z1 und Z2 vorgesehen. Der Ausgang A2 des Operationsverstärkers V2 im Ausgangskreis ist mit der weiterführenden Signalleitung L2 verbunden. 0 30031/0470

Die Wirkungsweise der in Fig, 1 dargestellten Schaltung wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläutert.

Für Operationsverstärker gilt bekanntlich, daß ein gegenüber dem am nicht invertierenden Eingang anliegendes positives Signal am invertierenden Eingang ein negatives Signal am Ausgang des Operationsverstärkers auftritt. Umgekehrt tritt am Ausgang des Operationsverstärkers ein positives Signal auf, wenn das am nicht invertierenden Eingang positiver ist als das am invertierenden Eingang. Ein Operationsverstärker zeigt demnach ein Schwellwertverhalten. Unter der Annahme, daß das auf der ankommenden Signalleitung L1 auftretende Signal einen negativen Wert besitzt und somit das Potential am Eingang 2 negativer ist als das Potential am Eingang 3, -tritt am Ausgang A1 des Operationsverstärkers V1 ein positives Signal auf. Das ist in Fig. 2, Zeile 1 dargestellt. Dadurch ist der Optokoppler K2 eingeschaltet, d.h., dessen Optokoppler-Transistor ist leitend. Der Optokoppler-Transistor des Optokopplers K1. ist in diesem Fall gesperrt. Die Potentialverhältnisse an den Punkten B1 und B2 sind in Fig. 2, Zeile 2 und 3 dargestellt. Aufgrund dieser Verhältnisse liegt am nicht invertierenden Eingang 3 des Operationsverstärkers V2 ein negativeres Potential als am invertierenden Eingang 2, was zur Abgabe eines negativen Signals am Ausgang A2 des Operationsverstärkers V2 führt. Das ist in Fig. 2, Zeile 4 dargestellt. Zum Zeitpunkt ti wechselt das Signal auf der ankommenden Signalleitung L1 und am Ausgang A1 des Operationsverstärkers V1 tritt nun ein negatives Potential auf. Damit wird der Optokoppler K1 eingeschaltet. Normalerweise ist die Ausschalteverzögerung des gesättigten und vorher leitenden Optokoppler-Transistors größer als die Einschalteverzögerungszeit des vorher gesperrten Optokoppler-Transistors. Das führt dazu, daß

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"beide Optokoppler für eine bestimmte Zeitdauer leitend sind. Gemäß der Erfindung wird mm jedoch durch den Optokoppler-Transistor des neu eingeschalteten Optokopplers K1 über den Kondensator C der noch gesättigt© .Optokoppler= Transistor des auszuschaltenden Optokopplers K2 sehr schnell in den nicht leitenden Zustand übergeführt„ Das wird über den Kondensator C durch den Abbau der im noch gesättigten Optokoppler-Transistor enthaltenen Ladung erreicht. Anhand von Fig„ 2 erkennt man, daß auf Grund der Wirkung des Kondensators C der Optokoppler=·Transistor des vorher leitenden Optokopplers R2 sum Zeitpunkt t2 ausgeräumt ist, und daß danach die Spannung an seinem Kollektor mit der durch den Viert des Kondensators C und des Widerstandes R1 bestimmten Zeitkonstant© ansteigt« Diese Spannung liegt im betrachteten Beispiel am nicht invertierenden Eingang 3 ö©§ Operationsverstärkers V2₅ an dessen invertierendem Eisgang 2 über den Optokoppler-Transistor des nunmehr leitenden Optokopplers K1 ein Potential von etwa OV liegt» übersteigt di® Spannung am Kollektor des auszuschaltenden Optokopplsr-Transistors des Optokopplers K2 den Wert OV, so wechselt das Signal am Ausgang A2 des Operationsverstärkers V2„ In Fig„ 2 wird das zum Zeitpunkt t3 erreicht« Die gleichen Vorgänge laufen auch zu den Zeitpunkten t4„ t5 und t6 ab, wenn das Signal auf der ankommenden Signalleitung Li wiederum seinen Zustand ändert, und am Ausgang A1 des Operationsverstärkers V1 ein positives Signal abgegeben wird« In diesem Falle ist der Anstieg der Spannung am Kollektor des Optokopper-Transistors des nunmehr ausgeschalteten Optokopplers K1 durch die durch die Werte des Kondensators C und des Widerstandes R2 vorgegebenen Zeitkonstante bestimmt. Da für beide Signalflanken der gleiche Kondensator C verwendet wird,, ist dessen Toleranz unkritisch.

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Die in der Schaltungsanordnung vorgesehenen Zenerdioden Z1 und Z2 dienen dazu, die Eingangsspannungen an den Eingängen des Operationsverstärkers V2 im Ausgangskreis innerhalb eines zulässigen Bereiches zu halten. 5

Der Einsatz der Operationsverstärker im Eingangs- und im Ausgangskreis bietet den Vorteil, diese für die Pegelanpassung des Ein- und des Ausgangskreises mitzuverwenden. Beispielsweise kann der Eingangskreis an eine Signalleitung angeschlossen sein, auf der mit dem sog. TTL-Pegel gearbeitet wird, während der Ausgangskreis mit einer Signalleitung verbunden ist, auf der mit dem sog. V.28-Pegel gearbeitet wird.

2 Patentansprüche
2 Figuren

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Claims

VPA 79 Ρ230* BRD Patentansprüche

1. Schaltungsanordnung zur Übertragung von Gleichstrom^ Signalen zwischen einem Eingangskreis und einem davon galvanisch getrennten Ausgangskreis unter Verwendung von Optokopplern mit Optokoppler-Transistoren als lichtbewertende Elemente und einem im Ausgangskreis angeordneten Operationsverstärker,

dadurch gekennzeichnet, daß die lichtemitierenden Elemente der Optokoppler (K1,K2) an den Ausgang (A1) eines durch die Gleichstromsignale auf einer ankommenden Signalleitung (L1) steuerbaren Operationsverstärkers (V1) im Eingaijgkreis, die lichtbewertenden Optokoppler-Transistoren der Optokoppler (K1,K2) an die Eingänge (2,3) des im Ausgangskreis angeordneten Operationsverstärkers (V2) angeschlossen sind, der über seinen Ausgang (A2) mit einer weiterführenden Signalleitung (L2) verbunden ist,

daß den Eingängen (2,3) des Operationsverstärkers (V2) dem Ausgangskreis ein Kondensator (C) parallelgeschaltet ist,

und daß beide Eingänge (2,3) des Operationsverstärkers (V2) im Ausgangskreis über jeweils einen Widerstand (R1,R2) mit dem positiven Pol (+U2) der Versorgungsspannung (+U2) dieses Operationsverstärkers (V2) verbunden sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Eingängen (2,3) des Operationsverstärkers (V2) im Ausgangskreis zwei Zenerdioden (Z1,Z2) parallelgeschaltet sind.

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