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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schnittstelle
zum Anschluß eines Geräts an ein Koaxialkabel für die
Übertragung von Informationen zwischen diesem Gerät und mindestens
einem weiteren Gerät in Form von Hochfrequenzsignalen über das
Koaxialkabel, und insbesondere eine Schnittstelle für Koppler
eines Typs, der einen Anschluß an einer beliebigen zwischen
den Enden eines Koaxialkabels liegenden Stelle erlaubt, ohne
das Kabel durchzutrennen.
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Koaxialkabel werden aufgrund ihrer Leistungsfähigkeit
häufig als Übertragungselemente in Ortsnetzen mit
Vielfachstationen gewählt. Die Erweiterungsbedürfnisse dieser Netze,
insbesondere die Steigerung der Anzahl der Stationen, führen
zur Suche nach Lösungen, die es erlauben, die Sende- und
Empfangseinrichtungen der Geräte auf einfache und zuverlässige
Weise an die Koaxialkabel anzuschließen.
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Bei zahlreichen Anwendungen und insbesondere beim
automatisierten Betrieb ist es wesentlich, die Risiken einer
totalen Nichtverfügbarkeit eines Übertragungsnetzes in Folge
einer Betriebsstörung auszuschließen, die eine der Stationen
betrifft, die das Netz bedient.
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Dies erfordert die Suche nach Lösungen, die eine
wirksame Übertragung der zu übermittelnden Informationen
ermöglicht und gleichzeitig die Übertragung von Störungen maximal
verhindert, und zwar für hohe Übertragungsfrequenzen und unter
Berücksichtigung der wohlbekannten Beschränkungen, welche die
Verwendung dieser Frequenzen mit sich bringt.
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Um dies zu erreichen, bemüht man sich um die
Herstellung von Kopplern, die mit Anschlußschnittstellen ausgestattet
sind, welche nicht die Verfügbarkeit des Koaxialkabels
beeinträchtigen können, d.h. die nicht den Informationsaustausch im
Fall eines internen Defekts einer Schnittstellenkomponente
oder einer von dem bedienten Gerät ausgehenden Störung
beeinträchtigen.
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Man ist weiter bemüht, die Koppler mit einem
Abzweigungsstecker zu versehen, der so zuverlässig wie möglich die
Anschlußschnittstellen mit dem Koaxialkabel verbindet.
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Bei einer bekannten Ausführungsform sind die
Anschlußschnittstellen an die Abzweigungsstecker über
elektromagnetische Relaiskontakte angeschlossen, welche bei geöffneten
Relaiskontakten die Abtrennung der Anschlußschnittstellen von
den sie bedienenden Abzweigsteckern und dementsprechend den
Koaxialkabeln ermöglichen, an denen die Stecker montiert sind.
Die elektromechanische Lösung ist jedoch nicht ganz
zufriedenstellend, insbesondere im Fall kurzzeitiger Störungen,
deren Dauer unterhalb der Ansprechzeit der Relais liegt.
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Man sucht also nach einem Koppler statischen Typs, der
auch dann keine Störung des Informationsaustauschs auf dem
Koaxialkabel, an das er angeschlossen ist, bewirkt, wenn eine
seiner Komponenten ausfällt.
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So beschreibt das Dokument GB-A-2 064 618 ein System,
bei dem ein Gerät mit einem Anschluß zur
Informationsübertragung in Form von Hochfrequenzsignalen über einen
Isoliertransformator und eine Sicherungsübertragungsbrücke verbunden ist.
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Die vorliegende Erfindung schlägt eine Schnittstelle
dieses Typs zum Anschluß eines Geräts an ein Koaxialkabel für
die Übertragung von Informationen in Form von
Hochfrequenzsignalen zwischen diesem ersten Gerät und mindestens einem
weiteren damit kompatiblen Gerät über das Koaxialkabel vor, wobei
die Schnittstelle mit einer Sendeeinheit versehen ist, die
eine symmetrische Sicherungsbrücke zur Spannungsbeaufschlagung
der Klemmen einer ersten Wicklung eines Isoliertransformators
enthält, von dem eine zweite Wicklung mit ihren Klemmen an die
Leiter des Kabels angeschlossen sind, wobei die Brücke
einerseits von den Ausgängen von Steuerverstärkern gesteuert wird,
deren Eingänge gemeinsam mit dem Ausgang eines
Informationsdatenübertragungsanschlusses des ersten Geräts verbunden sind,
und andererseits aus vier Zweigen besteht, die Transistoren
zum Schalten des jeden Zweig durchfließenden Stroms enthalten,
welche gegensinnig in Gruppen zu zwei nichtbenachbarten
Zweigen angesteuert werden, wobei eine der Brückendiagonalen mit
den Gleichstromversorgungsanschlüssen der Schnittstelle und
die andere mit den Klemmen der ersten Wicklung des
Transformators verbunden ist.
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Gemäß einem Merkmal der Erfindung weist die
Schnittstelle eine Sendefreigabeeinheit vom logischen UND-Typ auf,
die aus zwei Freigabeverstärkern besteht, welche vom ersten
Gerät über einen Freigabeanschluß getrennt aktiviert werden
und gemeinsam die Ausgänge der beiden Steuerverstärker der
Sendeeinheit freigeben, an deren Eingänge sie parallel
angeschlossen sind.
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Die Erfindung, ihre Merkmale und Vorteile werden in
der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der einzigen
Figur näher erläutert, die das elektrische Schaltbild einer
Anschlußschnittstelle gemäß der Erfindung darstellt.
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Die in Figur 1 dargestellte Schnittstelle 1 dient zur
Einfügung zwischen ein Koaxialkabel 2 und ein Gerät 3, das
Informationen in digitaler Form über das Koaxialkabel 2 mit
mindestens einem weiteren, nicht dargestellten Gerät
austauschen kann. Die Geräte sind beispielsweise Stationen eines
Ortsnetzes, bei dem das Koaxialkabel 2 als gemeinsames
Übertragungselement dient.
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Die Geräte werden hier insoweit nicht beschrieben, als
sie die Erfindung nur indirekt betreffen. Sie weisen allgemein
eine Steuerlogik auf, die allgemein mit einem Prozessor
zusammenwirkt. Die Geräte werden so betrieben, daß sie
Informationen in digitaler Form über an sich bekannte
Datenübertragungsanschlüsse senden und empfangen können, die im
vorliegenden Fall durch zwei Zweidrahtanschlüsse DT und DR dargestellt
sind. Der eine Anschluß dient zur Übertragung der vom Gerät 3
gesendeten Daten an das Koaxialkabel 2, während der andere
Anschluß zum Empfang der vom Koaxialkabel 2 übertragenen und
für das Gerät 3 bestimmten Daten dient.
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Bei dem vorgeschlagenen Ausführungsbeispiel ist den
beiden Zweidrahtanschlüssen DT und DR ein verdoppelter
Zweidrahtanschluß VL1, VL2 zugeordnet, der dazu dient, für die
Schnittstelle 1 die Sendefreigabe der vom Gerät 3 gesendeten
und über den Zweidrahtanschluß DT übermittelten
Informationsdaten zu bewirken. Weiter ist dem Zweidrahtanschlüssen ein
Fehlersignalisations-Zweidrahtanschluß F zugeordnet, der die
Schnittstelle 1 mit dem Gerät 3 verbindet, um letzterem
Störungen mitzuteilen, die den Betrieb der Schnittstelle 1
beeinträchtigen.
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Das Koaxialkabel 2, von dem hier nur die leitende
Seele 2A und der Außenleiter 2B symbolisch dargestellt sind,
ist an eine Wicklung 4A eines Isoliertransformators 4
angeschlossen, von dem eine zweite Wicklung 4B die Schnittstelle 1
bedient.
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Die leitende Seele 2A und der Außenleiter 2B des
Koaxialkabels sind wie üblich an je eine der beiden
Endanschlüsse der Wicklung 4A über einen Abzweigungsstecker
angeschlossen.
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Die Enden der zweiten Wicklung 4B des Transformators
sind an je eine eigene Zugangsklemme I bzw. J der
Schnittstelle 1 angeschlossen. Diese Klemmen I, J sind in der
Schnittstelle 1 einerseits über je einen Übertragungskondensator 6
bzw. 7 mit je einem Eingang eines Empfangsverstärkers 5, und
andererseits mit zwei Ausgängen einer Sendeeinheit 8
verbunden.
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Die an den Enden der zweiten Wicklung 4B beim Empfang
der Daten über das Koaxialkabel 2 auftretenden
Spannungsänderungen gelangen wie üblich an die Eingänge des
Empfangsverstärkers 5, der beispielsweise aus einem klassischen
Verstärker 9 entsprechend der Norm RS485 besteht und dessen
komplementäre Ausgänge gegenphasige Signale liefern, und zwar jeder
an einen Draht des Zweidrahtempfangsanschlusses DR
entsprechend dem von der zweiten Wicklung 4B gelieferten Signal.
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Die Sendeeinheit 8 wird vom Gerät 3 überwacht, welche
die zu übertragenden Informationsdaten und ein doppeltes
Freigabesignal
liefert, wobei die Daten über den
Zweidrahtsendeanschluß DT und das Freigabesignal über die beiden
Zweidrahtanschlüsse VL1, VL2 laufen.
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Die von den Drähten des Zweidrahtsendeanschlusses DT
übertragenen Informationsdaten werden an die Eingangsklemmen
eines Sendeoperationsverstärkers 10 angelegt, wobei diese
Klemmen herkömmlicherweise miteinander über einen
Eingangswiderstand 11 verbunden sind, welcher der für den
Zweidrahtsendeanschluß charakteristischen Impedanz entspricht und
beispielsweise 120 Ohm beträgt.
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Die in an sich bekannter Weise vom Gerät 3 erzeugten
beiden Komponenten des doppelten Freigabesignals werden in der
Weise übertragen, daß die eine Komponente an einen ersten
sogenannten Freigabeoperationsverstärker 12 über den Anschluß
VL1 angelegt wird, während die andere Komponente an einen
zweiten Freigabeoperationsverstärker 13 über den Anschluß VL2
angelegt wird. Die Freigabeverstärker 12 und 13 werden in
analoger Weise wie der Sendeverstärker 10 angesteuert und
weisen ebenfalls einen Eingangswiderstand 14 oder 15 auf, der
dem Eingangswiderstand 11 gleicht.
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Die beiden Freigabeverstärker 12 und 13 sind über ihre
Ausgänge an eine gleiche Klemme eines Widerstands 16
angeschlossen, der einen mittleren Widerstandswert von
beispielsweise 1000 Ohm besitzt, während die andere Klemme des
Widerstands 16 an das elektrische Nullpotential OE der
Schnittstelle 1 angeschlossen ist. Zudem sind die Ausgänge dieser
Verstärker an die Dreizustands-Steuereingänge der Ausgänge von
zwei Steuerungs-Operationsverstärkern 17 und 18 der
Sendeeinheit 8 angeschlossen.
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Die Ausgänge dieser Steuerverstärker 17 und 18 sind
jeweils hochohmig, wenn die Verstärker 12 und 13 nicht
zusammen die von ihnen benötigte positive Freigabespannung liefern.
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Dies kommt insbesondere dadurch zum Ausdruck, daß das
Vorhandensein eines einzigen Freigabesignals bzw. das
sachgemäße Arbeiten nur eines der beiden Freigabeverstärker die
Steuerverstärker im hochohmigen Zustand beläßt, für den die
Sendeeinheit 8 an den Anschlüssen I und J eine hohe Impedanz
darstellt und weder den Empfang der vom Koaxialkabel 2 an die
Schnittstelle 1 übertragenen Daten, noch den
Informationsaustausch auf dem Koaxialkabel stört.
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Im Gegensatz dazu liefern die beiden Steuerverstärker
17 und 18 im Fall der sachgemäßen Freigabe über die beiden
verdoppelten Anschlußelemente VL1, VL2 die für das Arbeiten
der Sendeeinheit erforderlichen Spannungen in der unten
erläuterten Weise.
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Hierzu sind die Eingangsanschlüsse der
Steuerverstärker 17, 18 an den Ausgang des Sendeverstärkers 10 parallel
angeschlossen, der ihnen die Informationsdaten seriell und in
Binärform liefert. Diese beiden Steuerverstärker 17 und 18
liefern identische und gleichzeitige Ausgangssignale, wobei
einer der Ausgänge S1 jedes Verstärkers eine Spannung liefert,
die das angelegte Eingangssignal reproduziert, während der
andere Ausgang S2 in klassischer Weise ein Signal liefert, das
im Vergleich zu dem vom Ausgang S1 gelieferten Signal
gegenphasig ist. Dies alles findet statt, wenn die Steuerverstärker
17 und 18 in der erforderlichen Weise freigegeben worden sind,
wie oben erläutert.
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Die Ausgänge der Steuerverstärker 17 und 18
ermöglichen mit Hilfe der Transistoren 19 bis 24 die Steuerung der
Leitfähigkeit in den vier Zweigen einer symmetrischen
Spannungsversorgungsbrücke, deren eine Diagonale mit ihren Enden
an die Gleichstromversorgungsanschlüsse +V und OE der
Schnittstelle angeschlossen ist, während die jeweiligen Enden der
anderen Diagonale derart angeschlossen sind, daß das eine Ende
mit dem Anschluß I und das andere Ende mit dem Anschluß J
verbunden ist, also jedes Ende an einen anderen Anschluß der
ersten Wicklung 4B des Transformators 4.
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Die beiden Zweige der Spannungsversorgungsbrücke, die
an das elektrische Nullpotential OE der Schnittstelle 1
angeschlossen sind, weisen einen Transistor 19 bzw. 20 vom Typ NPN
auf, dessen Emitter an das Potential OE angelegt ist, und
dessen Kollektor im Falle des Transistors 19 mit dem Punkt I
und im Falle des Transistors 20 mit dem Punkt J verbunden ist.
Die Basisanschlüsse der Transistoren 19 und 20 werden vom
Steuerverstärker 17 gegenphasig angesteuert, an dessen Ausgang
S1 die Basis des Transistors 19 über einen Widerstand 25
kleinen Werts, beispielsweise 180 Ohm, angeschlossen ist, während
die Basis des Transistors 20 an den Ausgang S2 des
Steuerverstärkers 17 über einen dem Widerstand 25 identischen
Widerstand 26 angeschlossen ist.
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Zwei Vorspannungswiderstände 27 und 28 verbinden die
Basis jedes der Transistoren 19 bzw. 20 mit dem Potential OE.
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Bei fehlender Freigabe durch die Steuerverstärker 17
und 18 weisen also die Transistoren 19 und 20 an den Punkten I
und J einen hohen Ausgangswiderstand auf, wie oben angegeben
wurde, während in jedem anderen Fall die Vorspannung der Basis
eines der Transistoren 19, 20 einen solchen Wert besitzt, daß
dieser Transistor leiten kann, falls sein Kollektor auf ein
passendes positives Potential gebracht wird. Die Vorspannung
der Basis des anderen Transistors blockiert dann unweigerlich
diesen Transistor.
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Die beiden Zweige der Spannungsversorgungsbrücke, die
mit dem positiven Potential +V der Schnittstelle 1 verbunden
sind, weisen mindestens einen Transistor, im vorliegenden Fall
aus Sicherheitsgründen zwei Transistoren 21, 22 bzw. 23, 24
vom Typ PNP in Parallelschaltung auf, deren Emitter paarweise
an das Potential +V angelegt sind, und zwar über einen
Strombegrenzungswiderstand 29, was die Transistoren 21 und 23
betrifft, und über eine Strombegrenzungswiderstand 30, was die
Transistoren 22 und 24 betrifft. Die Widerstände 29 und 30
sind identisch und klein und besitzen beispielsweise einen
Wert von einigen 10 Ohm. Dies ermöglicht es, die Schnittstelle
bei Kurzschlüssen auf dem Koaxialkabel 2 zu schützen. Die
Kollektoren der Transistoren 21 und 22 eines Zweiges sind
parallel an den Punkt I angeschlossen, während die Kollektoren
der Transistoren 23 und 24 des anderen Zweigs an den Punkt J
angeschlossen sind.
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Die Basiselektroden der Transistoren 21 und 22 sind
parallel mit dem Ausgang S1 des Steuerverstärkers 18 über
einen einstellbaren Brückenabgleichwiderstand 31 verbunden.
Sie sind weiter an das Potential +V über die Parallelschaltung
eines hochohmigen Widerstands 32 von beispielsweise 10 000 Ohm
und eines relativ kleinen Widerstands 33 von beispielsweise
100 Ohm angeschlossen, der in Reihe mit einer Diode 34
geschaltet ist, deren Kathode am Potential +V liegt.
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In analoger Weise sind die Basiselektroden der
Transistoren 23 und 24 parallel an den Ausgang S2 des
Steuerverstärkers 18 über eine einstellbaren Brückenabgleichwiderstand 35
sowie an das Potential +V über die Parallelschaltung eines
Widerstands 36 und eines Widerstands 37 angeschlossen, der in
Reihe mit einer Diode 38 geschaltet ist, deren Kathode am
Potential +V liegt, wobei die Widerstände 36, 37 jeweils den
Widerständen 32, 33 gleichen.
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Schließlich sind auch die Kollektoren der Transistoren
21, 22, die an den Punkt I angeschlossen sind, weiter über
einen Widerstand 39 an eine Klemme einer Schaltung bestehend
aus Widerstand 41 und Kondensator 42 angeschlossen, deren
anderer Anschluß mit dem elektrischen Nullpotential verbunden
ist. Desgleichen sind die Kollektoren der Transistoren 23 und
24, die mit dem Punkt J verbunden sind, über einen Widerstand
40 an dieselbe Klemme angeschlossen. Die Widerstände 39, 40
sind einander gleich und haben einen hohen Widerstandswert,
beispielsweise 10 000 Ohm, während der Widerstand 41 einen
sehr hohen Wert von beispielsweise 100 000 Ohm besitzt.
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Die Übertragung der vom Gerät 3 gelieferten Daten über
den Zweidrahtsendeanschluß DT und den Sendeverstärker 10 kann
nur dann stattfinden, wenn, wie bereits erwähnt, die
Steuerverstärker 17, 18 wie erforderlich freigegeben worden sind.
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Wenn die Steuerverstärker 17, 18 gespeist werden,
werden in Abhängigkeit von dem Pegel des vom Sendeverstärker
10 gelieferten Binärsignals, nämlich bei einem binären
Nullpegel des vom Sendeverstärker 10 gelieferten Signals, die
Transistoren 19, 23 und 24 blockiert und die Transistoren 20,
21 und 22 leitend, während im umgekehrten Fall die
Transistoren 20, 21 und 22 leiten und die Transistoren 19, 23 und 24
blockiert sind, so daß die Kollektoren der Transistoren 20
oder 21 abwechselnd über die zweite Wicklung 4B an ein
positives Potential angeschlossen sind und die anderen Transistoren
gleichzeitig leiten.
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Aus diesem Grund ist im ersten Fall der Anschluß J mit
dem elektrischen Nullpotential durch den leitenden Transistor
20 verbunden, während der Anschluß I durch die
parallelgeschalteten Transistoren 21, 22 auf ein von +V nur geringfügig
verschiedenes positives Potential gebracht wird.
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Im zweiten Fall werden die Potentiale der Anschlüsse I
und J im Vergleich zum vorhergehenden Fall umgekehrt, so daß
also eine Umkehr des an die Anschlüsse I und J angelegten
Potentials stattfindet und ebenso desjenigen an der zweiten
Wicklung 4B, und zwar bei jedem Durchgang des vom
Sendeverstärker 10 gelieferten Signals.
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Bei der dargestellten Ausführungsform wird die
Schnittstelle gegen Überspannungen geschützt, die
möglicherweise durch die erste Wicklung induziert werden. Der Schutz
erfolgt durch eine Diodenbrücke mit vier Zweigen, von denen
jeder aus zwei in Reihe geschalteten Dioden 43, 44 oder 45, 46
oder 47, 48 oder 49, 50 besteht, die entsprechend der einen
Diagonale mit den Anschlüssen I und J und entsprechend der
anderen Diagonale mit den Potentialen OE und +V verbunden
sind, und zwar über zwei Enddioden 51 und 52. Ein Kondensator
53 verbindet wie üblich die Potentiale OE und +V.
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Zwei Operationsverstärker 54, 55 zur Signalisation von
Störungen steuern einen gemeinsamen Operationsverstärker 56
an, der die beiden Drähte des Störsignalanschlusses F mit
seinen zueinander komplementären Ausgängen verbindet.
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Der nicht-invertierende Eingang des Verstärkers 54 ist
an den Anschluß I parallel mit dem invertierenden Eingang des
Verstärkers 55 angeschlossen, während der invertierende
Eingang dieses Verstärkers 55 über einen mittelgroßen Widerstand
58 an das Potential +V, und über einen schwächeren Widerstand
59 an den invertierenden Eingang des Verstärkers 54
angeschlossen ist. Dieser ist seinerseits über einen Widerstand 60
mit dem elektrischen Nullpotential OE verbunden, wobei ein
Kondensator 61 den den Widerständen 58 und 59 gemeinsamen
Knoten mit diesem Potential verbindet.
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Die Operationsverstärker 54, 55 bilden an den
Anschlüssen der zweiten Wicklung 4B eine
Schwellenspannungsschaltung und erlauben also die Erfassung jedes Fehlers, der
zu einem zu großen oder zu geringen Potentialunterschied an
den Klemmen der zweiten Wicklung und somit zu einem aufgrund
eines internen Defekts der Schnittstelle aus der Norm
fallenden, von der Schnittstelle auf das Koaxialkabel 2 übertragenen
Signal führt.