WO1996019051A1 - Method and device for transmitting at least one digital signal via at least one opto-coupler - Google Patents

Abstract

The invention concerns a process and a device for transmitting at least one digital signal via at least one opto-coupler. Signal changes in the transmission signal (11, 12) are detected and represented by a pulse-code (19) which is transmitted via the opto-coupler. A digital receiving signal (13, 14) corresponding to the transmission signal (11, 12) is derived from the transmitted pulse-code (34), thereby significantly reducing the power consumption of the opto-coupler. The invention is used in bus systems.

Description

VERFAHREN UND ANORDNUNG ZUR ÜBERTRAGUNG MINDESTENS EINES DIGITALEN SIGNALS ÜBER MINDESTENS EINEN OPTOKOPPLER. METHOD AND ARRANGEMENT FOR TRANSMITTING AT LEAST ONE DIGITAL SIGNAL OVER AT LEAST ONE OPTO COUPLER.

Verfahren und Anordnung zur Übertragung mindestens eines di¬ gitalen SignalsMethod and arrangement for transmitting at least one digital signal

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung minde¬ stens eines digitalen Signals, eine Anordnung zu seiner Durchführung sowie deren Verwendung nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1, 6 bzw. 16.The invention relates to a method for transmitting at least one digital signal, an arrangement for its implementation and its use according to the preambles of claims 1, 6 and 16.

In Bussystemen zur digitalen Übertragung von Daten, insbeson¬ dere in elektromagnetisch rauher Umgebung und mit größeren Entfernungen zwischen den Teilnehmern, zwischen denen größere Potentialdifferenzen auftreten können, ist es oft notwendig, die Medium Attachment Unit (MAU) , die einen Teilnehmer physi¬ kalisch an die Übertragungsleitung koppelt, und die nachge¬ schaltete Elektronik des Teilnehmers galvanisch zu trennen. Der Einsatz von Optokopplern zur Datenübertragung mit Po¬ tentialtrennung läßt eine einfache Schaltungstechnik zu. Die verwendeten Optokoppler müssen eine genügend große Bandbreite haben, um das digitale Signal der gewünschten Datenrate mit ausreichend wenigen Verzerrungen zu übertragen. Allerdings benötigt die Sendediode eines Optokopplers einen relativ hohen Strom, der bei ferngespeisten Busteilnehmern, die lediglich durch die Übertragungsleitung mit Energie versorgt werden und deren Leistungsbedarf daher bestimmte Grenzen nicht überschreiten darf, von Nachteil ist. Dieser ist in einer Teilnehmerschaltung zur Ankopplung des Teilnehmers an die Übertragungsleitung um so schwerwiegender, wenn für Sende- und Empfangsrichtung jeweils zwei Übertragungskanäle, einer zur Übertragung eines Datensignals und einer für ein statisches Signal, welches eine Übertragung von Daten auf dem Datensignal anzeigt, erforderlich sind. In diesem Fall müssen zur galvanischen Trennung vier Optokoppler betrieben werden. Insbesondere in explosionsgefahrdeten Bereichen ist es erfor¬ derlich, den Hilfsenergiebedarf der Teilnehmer an einem Bus- System geringzuhalten, um möglichst viele Teilnehmer betrei¬ ben zu können.In bus systems for the digital transmission of data, in particular in an electromagnetically harsh environment and with greater distances between the participants, between which larger potential differences can occur, it is often necessary to use the medium attachment unit (MAU) that physically addresses a participant the transmission line couples and the downstream electronics of the subscriber are electrically isolated. The use of optocouplers for data transmission with potential isolation permits simple circuit technology. The optocouplers used must have a sufficiently large bandwidth in order to transmit the digital signal of the desired data rate with sufficient distortion. However, the transmission diode of an optocoupler requires a relatively high current, which is disadvantageous for remote-powered bus subscribers that are only supplied with energy by the transmission line and whose power requirement must therefore not exceed certain limits. This is all the more serious in a subscriber circuit for coupling the subscriber to the transmission line if two transmission channels, one for transmitting a data signal and one for a static signal, which indicates the transmission of data on the data signal, are required for the transmission and reception direction . In this case, four optocouplers must be operated for electrical isolation. Especially in areas where there is a risk of explosion, it is necessary to determine the auxiliary energy requirements of the participants on a bus. To keep the system low in order to be able to operate as many participants as possible.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Anordnung zur Übertragung digitaler Signale über Opto¬ koppler zu finden, das bzw. die sich bei geringem Schaltungs¬ aufwand durch einen niedrigen Leistungsbedarf auszeichnet.The invention is based on the object of finding a method and an arrangement for transmitting digital signals via optocouplers which are characterized by a low power requirement with little circuit complexity.

Zur Lösung dieser Aufgabe weisen das neue Verfahren der ein- gangs genannten Art die im kennzeichnenden Teil des An¬ spruchs 1 genannten Merkmale und die neue Anordnung zur Durchführung des Verfahrens die in Anspruch 6 angegebenen Merkmale auf. Deren vorteilhafte Verwendung sowie besondere Ausgestaltungen sind in Anspruch 16 bzw. den abhängigen Un- teransprüchen beschrieben.To achieve this object, the new method of the type mentioned at the outset has the features mentioned in the characterizing part of claim 1 and the new arrangement for carrying out the method has the features specified in claim 6. Their advantageous use and special configurations are described in claim 16 or the dependent subclaims.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß die mittlere Dauer eines Stromflusses durch die Sendediode des Optokopplers erheblich reduziert wird. Während bisher für die gesamte Dauer eines Pegelzustandes, beispielsweise des logischen Zustands "0", ein Strom durch die Sendediode geschickt werden mußte, sind erfindungsgemäß nur noch kurze Impulse zu den Zeitpunkten der Signalwechsel erforderlich. Wenn Vorder- und Rückflanken durch unterschiedliche Pulse dargestellt werden, ist es mög- lieh, direkt aus den zuletzt übertragenen Pulscodes ohne ei¬ nen besonderen Zählvorgang den aktuellen Signalpegel des Emp¬ fangssignals abzuleiten. Da eine Amplitudenmodulation, d. h. eine Modulation der Lichtintensität, aufgrund von Exemplar¬ streuungen des Stromübertragungsverhältnisses der Optokoppler eine Anpassung der Schaltung an den jeweiligen Optokoppler erfordern würde, wird vorteilhaft eine Modulation der Impuls¬ länge durchgeführt. Durch eine Kombination von Pulsen ver¬ schiedener Länge können mehrere digitale Signale gleichzeitig über nur einen Optokoppler übertragen werden. Gemäß An- spruch 5 ist eine besonders einfache Codierung und Decodie- rung der Pulscodes möglich, wenn ein Datensignal und ein sta¬ tisches Begleitsignal, welches eine Übertragung von Daten auf dem Datensignal anzeigt, über einen Optokoppler zu übertragen sind. Die Sicherheit der Unterscheidung verschiedener Puls¬ codes kann durch Mittel zur Verringerung von Signalverzerrun¬ gen, die dem Optokoppler nachgeschaltet sind, erhöht werden. Durch einen Pegeldiskriminator, dessen Schaltschwellen derart veränderlich sind, daß seine Schaltzeitpunkte zeitlich nahe beim Beginn der Signalflanken des Pulscodes liegen, können die Wirkungen verschiedener Verzögerungszeiten des Optokopp¬ lers bei steigenden und fallenden Flanken auf die Impulsdauer des übertragenen Pulscodes eliminiert werden.The invention has the advantage that the average duration of a current flow through the transmitter diode of the optocoupler is considerably reduced. While previously a current had to be sent through the transmitter diode for the entire duration of a level state, for example the logic state "0", according to the invention only short pulses are required at the time of the signal change. If leading and trailing edges are represented by different pulses, it is possible to derive the current signal level of the received signal directly from the last transmitted pulse codes without a special counting process. Since an amplitude modulation, ie a modulation of the light intensity, would require an adaptation of the circuit to the respective optocoupler due to sample variations in the current transmission ratio of the optocouplers, a modulation of the pulse length is advantageously carried out. By combining pulses of different lengths, several digital signals can be transmitted simultaneously via only one optocoupler. According to claim 5, particularly simple coding and decoding of the pulse codes is possible if a data signal and a static accompanying signal which indicate a transmission of data indicates the data signal to be transmitted via an optocoupler. The security of distinguishing between different pulse codes can be increased by means of reducing signal distortions which are connected downstream of the optocoupler. The effects of different delay times of the optocoupler on rising and falling edges on the pulse duration of the transmitted pulse code can be eliminated by means of a level discriminator, the switching thresholds of which can be varied such that its switching times are close in time to the start of the signal edges of the pulse code.

Anhand der Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, werden im folgenden Ausgestaltun¬ gen und Vorteile näher erläutert.Embodiments and advantages are explained in more detail below with reference to the drawings, in which an exemplary embodiment of the invention is shown.

Es zeigen:Show it:

Figur 1 eine erfindungsgemäße TeilnehmerSchaltung zur An- kopplung eines Teilnehmers an eine Datenübertra- gungs1eitung, Figur 2 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Anordnung, Figur 3 ein Zeitdiagramm der Signale, die in der Anordnung1 shows a subscriber circuit according to the invention for coupling a subscriber to a data transmission line, FIG. 2 shows a circuit diagram of an arrangement according to the invention, FIG. 3 shows a time diagram of the signals contained in the arrangement

.nach Figur 2 vorkommen, Figur 4 den qualitativen Signalverlauf an einem Pegel¬ diskriminator und Figur 5 ein Blockschaltbild eines Pegeldiskriminators.. According to FIG. 2, FIG. 4 shows the qualitative signal curve on a level discriminator and FIG. 5 shows a block diagram of a level discriminator.

Eine erfindungsgemäße Teilnehmerschaltung zur Ankopplung ei¬ nes ferngespeisten Teilnehmers an eine Datenübertragungslei¬ tung 1 enthält gemäß Figur 1 eine Einrichtung 2 zur Auskopp- lung der Hilfsenergie, eine Medium Attachment Unit 3, die ei¬ nen Sender 4 und einen Empfänger 5 aufweist, eine galvanische Trennstufe 6, eine Stromversorgung 7, einen Kommunikations- Controller 8 und einen Applikations-Controller 9, der über Leitungen 10 mit einem nicht dargestellten Prozeß verbunden sein kann. Durch die Stromversorgung 7 werden alle Komponen¬ ten mit der von der Übertragungsleitung 1 entnommenen Hilfs- energie versorgt. Sie ist von der Einrichtung 2 zur Auskopp- lung der Hilfsenergie durch einen Induktivkoppler, der sich in der galvanischen Trennstufe 6 befindet, galvanisch ge¬ trennt. Die MAU 3 erhält ihre erforderliche Betriebsenergie über einen DC/DC-Wandler, der sich ebenfalls in der galvani- sehen Trennstufe 6 befindet. Der Empfänger 5 liefert zwei di¬ gitale Signale 11 und 12, das Signal Receiver Data (RxD) und das Signal Carrier Detect (CD) , deren Signalwechsel in der galvanischen Trennstufe 6 durch Pulscodes dargestellt werden, die über einen Optokoppler galvanisch getrennt übertragen und wieder in digitale Empfangssignale 13 und 14, die den digita¬ len Signalen 11 und 12 entsprechen, umgewandelt werden. Das¬ selbe geschieht mit digitalen Signalen 15 und 16, Transmitter Data (TxD) und Transmitter Enable (TxE) , die mit der galvani¬ schen Trennstufe als digitale Empfangssignale 17, 18 an den Sender 4 der Medium Attachment Unit 3 weitergegeben werden.According to FIG. 1, a subscriber circuit according to the invention for coupling a remote-powered subscriber to a data transmission line 1 contains a device 2 for decoupling the auxiliary power, a medium attachment unit 3, which has a transmitter 4 and a receiver 5, a galvanic one Isolation stage 6, a power supply 7, a communication controller 8 and an application controller 9, which can be connected via lines 10 to a process, not shown. The power supply 7 supplies all components with the auxiliary energy drawn from the transmission line 1. It is from device 2 to decoupling the auxiliary energy is galvanically isolated by an inductive coupler located in the galvanic isolating stage 6. The MAU 3 receives its required operating energy via a DC / DC converter, which is also located in the galvanic isolator 6. The receiver 5 supplies two digital signals 11 and 12, the signal receiver data (RxD) and the signal carrier detect (CD), the signal changes of which are represented in the galvanic isolating stage 6 by pulse codes which are transmitted and then galvanically isolated via an optocoupler into digital reception signals 13 and 14, which correspond to the digital signals 11 and 12. The same happens with digital signals 15 and 16, transmitter data (TxD) and transmitter enable (TxE), which are passed on to the transmitter 4 of the medium attachment unit 3 with the galvanic isolating stage as digital receive signals 17, 18.

Ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung zur stromsparenden Übertragung digitaler Signale über Optokoppler soll anhand der Figuren 2 und 3 erläutert werden. Diese Schaltung ist in der galvanischen Trennstufe 6 in Figur 1 zur Übertragung der Signale 11 und 12 als digitale EmpfangsSignale 13 und 14 an den Kommunikations-Controller 8 enthalten. Eingangssignale der Schaltung nach Figur 2 sind also die digitalen Signale 11 und 12, deren Zeitverlauf in Figur 3 durch die beiden ober- sten Kurven, die mit denselben Bezugszeichen 11 bzw. 12 ver¬ sehen sind, dargestellt ist. Ausgangssignale sind entspre¬ chend die digitalen Empfangssignale 13 und 14. Aus den beiden digitalen Signalen 11 und 12 wird,ein Pulscode 19 erzeugt. Dies geschieht in der Schaltung nach Figur 2 durch einen Kom- parator 20, dessen positiver Eingang mit einem RC-Glied, be¬ stehend aus einem Widerstand 21 und einem Kondensator 22, und dessen negativer Eingang mit einer außermittigen Referenz¬ spannung beschaltet ist, die mit einem Spannungsteiler aus den Widerständen 23 und 24 gewonnen und durch einen Kondensa- tor 25 stabilisiert ist. Am Ausgang des Komparators 20 ent¬ steht somit ein digitales Signal 26, dessen Verlauf dem des Signals 11 ähnelt, aber dessen positive Flanken um eine Ver- zögerungszeit t2 und dessen negative Flanken um eine Verzöge¬ rungszeit tl verzögert sind. Am Ausgang eines EXKLUSIV-ODER- Gatters 27, auf dessen zwei Eingänge das digitale Signal 11 sowie das flankenverzögerte Signal 26 geführt sind, erhält man bei einer positiven Flanke einen positiven Impuls derAn embodiment of a circuit for power-saving transmission of digital signals via optocouplers will be explained with reference to Figures 2 and 3. This circuit is contained in the galvanic isolating stage 6 in FIG. 1 for the transmission of the signals 11 and 12 as digital receive signals 13 and 14 to the communication controller 8. Input signals of the circuit according to FIG. 2 are therefore the digital signals 11 and 12, the time course of which is shown in FIG. 3 by the two top curves, which are provided with the same reference numerals 11 and 12, respectively. Output signals are accordingly the digital receive signals 13 and 14. A pulse code 19 is generated from the two digital signals 11 and 12. This is done in the circuit according to FIG. 2 by a comparator 20, the positive input of which is connected to an RC element, consisting of a resistor 21 and a capacitor 22, and the negative input of which is connected to an eccentric reference voltage, which obtained with a voltage divider from the resistors 23 and 24 and stabilized by a capacitor 25. A digital signal 26 thus arises at the output of the comparator 20, the course of which is similar to that of the signal 11, but the positive edges of which are offset by a Delay time t2 and its negative edges are delayed by a delay time tl. At the output of an EXCLUSIVE-OR gate 27, on the two inputs of which the digital signal 11 and the edge-delayed signal 26 are routed, a positive pulse is obtained on a positive edge

Länge t2 und bei einer negativen Flanke des digitalen Signals 11 einen positiven Impuls der Länge tl. Durch ein Zeitglied 28 wird auch bei der Rückflanke des digitalen Signals 12 ein positiver Impuls der Dauer tl auf einem Signal 29 erzeugt. Dieses Signal 29 wird mit dem Ausgangssignal des EXKLUSIV- ODER-Gatters 27 durch ein ODER-Gatter 30 mit invertierendem Ausgang verknüpft, so daß aus ihnen der Pulscode 19, dessen zeitlicher Verlauf in Figur 3 eingezeichnet ist, entsteht. Die Versorgung der Schaltungsteile zur Erzeugung des Puls- codes 19 erfolgt über die Signale VCCI und GNDl (Figur 2) .Length t2 and with a negative edge of the digital signal 11 a positive pulse of length tl. A timer 28 also generates a positive pulse of duration t1 on a signal 29 on the trailing edge of the digital signal 12. This signal 29 is linked to the output signal of the EXCLUSIVE OR gate 27 by an OR gate 30 with an inverting output, so that the pulse code 19, the time profile of which is shown in FIG. 3, arises from them. The circuit parts for generating the pulse code 19 are supplied via the signals VCCI and GND1 (FIG. 2).

In diesem Ausführungsbeispiel wurden zur Gewinnung des Puls- codes 19 aus den digitalen Signalen 11 und 12 auch analoge Schaltungsteile verwendet. Eine entsprechende Schaltung kann auch völlig digital realisiert werden, indem beispielsweise das digitale Signal 11 auf zwei Zeitglieder geführt wird, von denen das eine bei positiven Signalflanken einen positiven Impuls der Dauer t2 und das andere bei negativen Signal- flanken einen positiven Impuls der Dauer tl erzeugt. Dann müssen diese Impulssignale lediglich noch zusammen mit dem Signal 29 durch ein ODER-Gatter mit invertierendem Ausgang verknüpft werden, um den Pulscode 19 zu erhalten.In this exemplary embodiment, analog circuit parts were also used to obtain the pulse code 19 from the digital signals 11 and 12. A corresponding circuit can also be implemented completely digitally, for example by routing the digital signal 11 to two timing elements, one of which generates a positive pulse of duration t2 on positive signal edges and the other generates a positive pulse of duration t1 on negative signal edges . Then these pulse signals only have to be combined with the signal 29 by an OR gate with an inverting output in order to obtain the pulse code 19.

Mit dem Pulscode 19 wird eine Sendediode 31 eines Optokopp- lers mit Transistorausgang angesteuert. Aufgrund der geringe¬ ren Bandbreite des Optokopplers sind die Flanken seines Aus- gangssignals 32 stark verschliffen. Ein Pegeldiskriminator mit einem Komparator 33 dient dazu, aus dem Signal 32 mit verschliffenen Flanken einen übertragenen Pulscode 34 mit scharfen Übergängen zu bilden. Damit sich Unterschiede der Signalanstiegs- und Signalabfallzeiten des Signals 32 nicht ungünstig auf die Dauer der Impulse des übertragenen Puls- codes 34 auswirken, sind die Schaltschwellen des Pegeldiskri- minators durch eine Beschaltung des Referenzspannungseingangs des Komparators 33 derart veränderlich, daß die Schaltzeit¬ punkte des Pegeldiskriminators zeitlich nahe beim Beginn der Signalflanken liegen. Der Mittenabgriff eines hochohmigen Spannungsteilers, bestehend aus den Widerständen 35 und 36, wird dazu niederohmig über einen Widerstand 37 mit dem Aus¬ gangssignal 32 des Optokopplers verbunden. Dadurch wird eine Amplitudenreduzierung des ReferenzspannungsSignals erreicht. Ein Kondensator 38 dient zur Verzögerung der Referenzspan¬ nungsnachführung, so daß das Ausgangssignal 32 des Optokopp¬ lers in seinem zeitlichen Verlauf bereits kurz nach Auftreten einer Signalflanke den Verlauf des Referenzspannungssignals schneidet. Durch diese Maßnahmen sind die Impulsflanken des übertragenen Pulscodes 34 weitgehend unabhängig von den Ab¬ fall- und Anstiegszeiten des OptokopplerausgangsSignals 32. Damit wird die Wahrscheinlichkeit von Übertragungsfehlem bei der Pulscode-Modulation verringert. Als vorteilhafte Dimen¬ sionierung der Widerstände 35, 36 und 37 haben sich in dieser Schaltung die Werte 39 kΩ, 100 kΩ und 10 kΩ erwiesen. Die Kapazität des Kondensators beträgt 100 pF. Die Vorderflanke jedes Impulses des übertragenen Pulscodes 34 triggert eine Zeitstufe 39 mit der Laufzeit t3 und eine Zeitstufe 40 mit der Laufzeit t4, die größer als die größtmögliche Pause zwi- sehen zwei Pulsen gewählt werden muß. Die Laufzeit t3 ist größer als die Dauer tl der kurzen Impulse, aber kleiner als die Dauer t2 der langen Impulse. Bei den kurzen Impulsen des Pulscodes 34 liefert ein Flip-Flop 41, auf dessen Daten¬ eingang der Pulscode 34 geführt ist und das mit den positiven Flanken des Ausgangssignals 45 der Zeitstufe 39 getriggert wird, an seinem Q-Ausgang so lange den Wert "0", bis ein langer Impuls der Dauer t2 auftritt. Das digitale Signal 13, das am Ausgang des Flip-Flops 41 abgegriffen wird, entspricht somit dem digitalen Signal 11 am Eingang der Schaltung. Von einem nachgeschalteten Flip-Flop 42 wird das digitale Signal 13 jeweils um den Abstand zweier Triggerimpulse verzögert als ein Signal 46 ausgegeben. Die AusgangsSignale 13 und 46 der beiden Flip-Flops 41 und 42 werden in einem ODER-Gatter 44 verknüpft, an dessen Ausgang das zweite digitale Empfangs¬ signal 14, das dem statischen Signal 12 entspricht, abgreif¬ bar ist. Die beiden Flip-Flops 41 und 42 werden von der Zeit- stufe 40 mit einem Signal 43 zurückgesetzt, wenn nach Auf¬ treten des letzten Impulses des übertragenen Pulscodes 34 ei¬ ne vorgegebene Zeit t4 vergangen ist, die größer als die größtmögliche Pause zwischen zwei Pulsen gewählt wurde, damit die Schaltung in jedem Fall nach einer Sendepause einen defi- nierten Anfangszustand hat. Die Schaltungsteile zur Demodula- tion werden über die Leitungen VCC2 und GND2 mit Betriebs- energie versorgt.A transmit diode 31 of an optocoupler with transistor output is controlled with the pulse code 19. Due to the smaller bandwidth of the optocoupler, the edges of its output signal 32 are heavily ground. A level discriminator with a comparator 33 is used to form a transmitted pulse code 34 with sharp transitions from the signal 32 with smoothed edges. So that differences in the signal rise and fall times of the signal 32 do not adversely affect the duration of the pulses of the transmitted pulse affect codes 34, the switching thresholds of the level discriminator can be changed by connecting the reference voltage input of the comparator 33 such that the switching times of the level discriminator are close in time to the start of the signal edges. The center tap of a high-resistance voltage divider, consisting of resistors 35 and 36, is connected to the output signal 32 of the optocoupler via a resistor 37 with a low resistance. This reduces the amplitude of the reference voltage signal. A capacitor 38 serves to delay the reference voltage tracking, so that the output signal 32 of the optocoupler cuts the course of the reference voltage signal shortly after a signal edge occurs. As a result of these measures, the pulse edges of the transmitted pulse code 34 are largely independent of the fall and rise times of the optocoupler output signal 32. This reduces the likelihood of transmission errors during pulse code modulation. The values 39 kΩ, 100 kΩ and 10 kΩ have proven to be an advantageous dimensioning of the resistors 35, 36 and 37 in this circuit. The capacitance of the capacitor is 100 pF. The leading edge of each pulse of the transmitted pulse code 34 triggers a time stage 39 with the transit time t3 and a time stage 40 with the transit time t4, which must be chosen to be greater than the largest possible break between two pulses. The running time t3 is greater than the duration t1 of the short pulses, but less than the duration t2 of the long pulses. In the case of the short pulses of the pulse code 34, a flip-flop 41, on the data input of which the pulse code 34 is guided and which is triggered with the positive edges of the output signal 45 of the time stage 39, supplies the value "0" at its Q output "until a long pulse of duration t2 occurs. The digital signal 13, which is tapped at the output of the flip-flop 41, thus corresponds to the digital signal 11 at the input of the circuit. The digital signal 13 is output from a downstream flip-flop 42, delayed by the distance between two trigger pulses, as a signal 46. The output signals 13 and 46 of the The two flip-flops 41 and 42 are linked in an OR gate 44, at the output of which the second digital receive signal 14, which corresponds to the static signal 12, can be tapped. The two flip-flops 41 and 42 are reset by the time stage 40 with a signal 43 if, after the occurrence of the last pulse of the transmitted pulse code 34, a predetermined time t4 has elapsed which is greater than the greatest possible pause between two Pulse was selected so that the circuit always has a defined initial state after a transmission pause. The circuit parts for demodulation are supplied with operating energy via lines VCC2 and GND2.

In vorteilhafter Weise wird durch die Erfindung die zur Über- tragung der beiden Signale 11 und 12 erforderliche Anzahl der Optokoppler auf einen reduziert und der Leistungsverbrauch dieses Optokopplers aufgrund der Übertragung kurzer Impulse erheblich reduziert. Dabei werden durch die Reduktion der Übertragungsverzerrungen des Pulscodes Übertragungsfehler auch bei der Verwendung sehr kurzer Impulse weitgehend ver¬ mieden.The number of optocouplers required for the transmission of the two signals 11 and 12 is advantageously reduced to one by the invention and the power consumption of this optocoupler is considerably reduced due to the transmission of short pulses. By reducing the transmission distortions of the pulse code, transmission errors are largely avoided even when using very short pulses.

In Figur 4 sind die Signalverläufe der Eingangssignale 47 und 50 eines Komparators dargestellt, der als Pegeldiskriminator mit dynamisch gestalteter Schaltschwelle betrieben wird. Das Eingangssignal 50 entspricht einem Nutzsignal, dessen Flanken beispielsweise nach einer Übertragung mit einem Optokoppler stark verschliffen sind. Wenn die Abfallzeit der negativen Flanke kürzer ist als die Anstiegszeit der positiven Flanke, würde eine Auswertung mit einer festen Diskriminatorschwelle zu unterschiedlichen Verzögerungen der Schaltflanken führen. Das Eingangssignal 47 entspricht der Referenzspannung, die mit um ΔA geringerer Amplitude um Δt zeitlich verzögert dem Nutzsignal folgt. Die Lage der Schnittpunkte 48 und 49 der beiden Eingangssignale 47 und 50 bestimmt die Zeitpunkte der Flanken des Ausgangssignals des Komparators. Daraus wird deutlich, daß die Verzerrungen der Impulsbreite eines Signals erheblich verringert werden, wenn die SchaltZeitpunkte zeit¬ lich nahe beim Beginn der verschliffenen Signalflanken lie¬ gen. Ein derartiger Verlauf des Referenzsignals kann mit der in Figur 2 dargestellten Eingangsbeschaltung des Komparators 33 erreicht werden, deren Funktionsprinzip später anhand von Figur 5 erläutert wird. Mit dem Spannungsteiler aus den Widerständen 37 und 35 wird erreicht, daß das Referenzsignal 47 bezüglich seiner Amplitude dem Nutzsignal 50 angepaßt wird, so daß Amplitudenschwankungen, die auf ein unterschied- liehes Stromübertragungsverhältnis eines Optokopplers zurück¬ zuführen sind, weitgehend kompensiert werden. Die Schaltung bietet weiterhin die Möglichkeit, auch mit langsamen Opto¬ kopplern schnelle Signalfolgen zu übertragen, da eine volle Durchsteuerung in einen eingeschwungenen oder gesättigten Zustand nicht erforderlich ist. Unterschiede im zeitlichen Verhalten, beispielsweise eine Schwankung der Anstiegs- und Abfallzeiten der Signalflanken, haben nur geringen Einfluß, weil der SchaltZeitpunkt durch die Verzögerung mit dem Kon¬ densator 38 an den Beginn eines Signalwechsels gelegt wird. Durch den Widerstand 36 ergibt sich eine Vorspannung desFIG. 4 shows the signal curves of the input signals 47 and 50 of a comparator which is operated as a level discriminator with a dynamically designed switching threshold. The input signal 50 corresponds to a useful signal, the edges of which are heavily ground, for example after transmission with an optocoupler. If the fall time of the negative edge is shorter than the rise time of the positive edge, an evaluation with a fixed discriminator threshold would lead to different delays in the switching edges. The input signal 47 corresponds to the reference voltage, which follows the useful signal with a delay of Δt with a delay of ΔA. The position of the intersections 48 and 49 of the two input signals 47 and 50 determines the times of the edges of the output signal of the comparator. It is clear from this that the distortion of the pulse width of a signal can be considerably reduced if the switching times are close to the start of the smoothed signal edges. Such a course of the reference signal can be achieved with the input circuitry of the comparator 33 shown in FIG. 2, the functional principle of which will be explained later with reference to FIG. With the voltage divider consisting of the resistors 37 and 35, the amplitude of the reference signal 47 is adapted to the useful signal 50, so that amplitude fluctuations which can be attributed to a different current transmission ratio of an optocoupler are largely compensated for. The circuit furthermore offers the possibility of transmitting fast signal sequences even with slow optocouplers, since full control in a steady or saturated state is not necessary. Differences in the temporal behavior, for example a fluctuation in the rise and fall times of the signal edges, have only a minor influence because the switching time is placed at the beginning of a signal change due to the delay with the capacitor 38. Resistor 36 results in a bias voltage of

Spannungsteilerabgriffs, die ein Undefiniertes Schalten des Komparators in langen Signalpausen unterbindet.Voltage divider tap, which prevents an undefined switching of the comparator in long signal pauses.

Zur Realisierung eines erfindungsgemäßen Pegeldiskriminators wird gemäß Figur 5 das Nutzsignal 50 direkt auf einen Eingang eines Komparators 54 gelegt und über einen Verstärker 52 und ein Verzögerungsglied 53 als Referenzspannungssignal 47 dem zweiten Eingang des Komparators 54 zugeführt. Durch den Ver¬ stärker 52 wird die Amplitude um ΔA vermindert, durch das Verzögerungsglied 53 das verminderte Signal um die Zeitdauer Δt verzögert. Selbstverständlich können Verstärker 52 und Verzögerungsglied 53 auch zu einem Übertragungsglied zu¬ sammengefaßt oder vertauscht werden. Am Ausgang des Kompara¬ tors 54 ist das rückgewonnene digitale Signal 51 abgreifbar. In order to implement a level discriminator according to the invention, according to FIG. 5, the useful signal 50 is applied directly to an input of a comparator 54 and fed to the second input of the comparator 54 as an reference voltage signal 47 via an amplifier 52 and a delay element 53. The amplifier 52 reduces the amplitude by ΔA, and the delay signal 53 delays the reduced signal by the time period Δt. Of course, amplifier 52 and delay element 53 can also be combined or exchanged to form a transmission element. The recovered digital signal 51 can be tapped at the output of the comparator 54.

Claims

Patentansprüche claims

1. Verfahren zur Übertragung mindestens eines digitalen Si¬ gnals (11, 12) über mindestens einen Optokoppler, dadurch gekennzeichnet,1. A method for transmitting at least one digital signal (11, 12) via at least one optocoupler, characterized in that

- daß Signalwechsel des Sendesignals (11, 12) detektiert und durch einen Pulscode (19) dargestellt werden,- That signal changes in the transmission signal (11, 12) are detected and represented by a pulse code (19),

- daß der Pulscode (19) über den Optokoppler übertragen wird und - daß aus dem übertragenen Pulscode (34) ein digitales Emp¬ fangssignal (13, 14), das dem Sendesignal (11, 12) ent¬ spricht, zurückgewonnen wird.- That the pulse code (19) is transmitted via the optocoupler and - that a digital reception signal (13, 14), which corresponds to the transmission signal (11, 12), is recovered from the transmitted pulse code (34).

2 . Verfahren nach Anspruch l , d a d u r c h g e k e n n z e i c h - n e t ,2nd Method 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 Vorder- und Rückflanken detektiert und durch unter¬ schiedliche Pulse dargestellt werden.- That the leading and trailing edges are detected and represented by different pulses.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn- zeichnet,3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that

- daß Vorder- und Rückflanken detektiert und durch Pulse verschiedener Länge (tl, t2) dargestellt werden.- That the leading and trailing edges are detected and represented by pulses of different lengths (tl, t2).

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet ,4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in

- daß zur Übertragung mehrerer digitaler Signale (11, 12) über einen Optokoppler jeweils Vorder- und Rückflanken de¬ tektiert und durch eine Kombination von Pulsen verschiede¬ ner Länge (tl, t2) dargestellt werden.- That for the transmission of several digital signals (11, 12) via an optocoupler each leading and trailing edge is detected and represented by a combination of pulses of different lengths (tl, t2).

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich¬ net ,5. The method according to claim 4, characterized gekennzeich¬ net,

- daß zur Übertragung eines Datensignals (11) und eines sta¬ tischen Signals (12) , welches eine Übertragung von Daten auf dem Datensignal (11) anzeigt, die Flanken des Daten¬ signals (11) jeweils durch Einzelpulse und die Flanke des statischen Signals (12) nach dem Ende der Datenübertragung O 96/19051 PCI7DE95/01788- That for the transmission of a data signal (11) and a static signal (12), which indicates a transfer of data on the data signal (11), the edges of the data signal (11) each by individual pulses and the edge of the static signal (12) after the end of data transfer O 96/19051 PCI7DE95 / 01788

10 durch eine Wiederholung des letzten, einer Flanke des Da¬ tensignals (11) entsprechenden Pulses dargestellt werden.10 can be represented by repeating the last pulse corresponding to an edge of the data signal (11).

6. Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,6. Arrangement for performing a method according to one of the preceding claims, characterized in that

- daß Mittel zur Umwandlung von Signalwechseln des Sende¬ signals (11, 12) in einen Pulscode (19) vorhanden sind, auf welche das zu übertragende digitale Sendesignal (11, 12) geführt ist, - daß der Pulscode (19) auf den Optokoppler geführt ist und- That means for converting signal changes of the transmission signal (11, 12) into a pulse code (19) are present, to which the digital transmission signal (11, 12) to be transmitted is guided - that the pulse code (19) on the optocoupler is led and

- daß Mittel zur Umwandlung des übertragenen Pulscodes (34) in ein digitales Empfangssignal (13, 14), das dem Sende¬ signal (11, 12) entspricht, vorhanden sind, auf welche der übertragene Pulscode (34) geführt ist.- That means for converting the transmitted pulse code (34) into a digital received signal (13, 14), which corresponds to the transmit signal (11, 12), are available, to which the transmitted pulse code (34) is guided.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich¬ net ,7. Arrangement according to claim 6, characterized gekennzeich¬ net,

- daß die Mittel zur Umwandlung von Signalwechseln zumindest zwei Zeitstufen aufweisen, denen das Sendesignal (11, 12) zugeführt ist, von denen die erste bei einer negativen Si¬ gnalflanke einen positiven Impuls der Länge tl und die zweite bei einer positiven Signalflanke -einen positiven Impuls der Länge t2 erzeugt, und- That the means for converting signal changes have at least two time stages, to which the transmission signal (11, 12) is supplied, of which the first with a negative signal edge a positive pulse of length tl and the second with a positive signal edge -a positive Generated pulse of length t2, and

- daß die beiden Impulssignale einem Verknüpfungsglied (30) von der Art einer ODER-Verknüpfung zur Erzeugung des Puls¬ codes (19) zugeführt sind.- That the two pulse signals are fed to a logic element (30) of the type of an OR operation for generating the pulse code (19).

8. Anordnung nach Anspruch 7 in Verbindung mit Anspruch 5, dadurch gekennnzeichnet , - daß das Datensignal (11) als Sendesignal den beiden Zeit- stufen zugeführt ist,8. Arrangement according to claim 7 in conjunction with claim 5, characterized in that - the data signal (11) is supplied as a transmission signal to the two time stages,

- daß das statische Signal (12) einer dritten Zeitstufe (28) zugeführt ist, die bei der negativen Signalflanke einen positiven Impuls der Länge tl erzeugt, und - daß das dritte Impulssignal (29) ebenfalls dem Verknüp¬ fungsglied (30) zugeführt ist. - That the static signal (12) is fed to a third time stage (28), which generates a positive pulse of length tl on the negative signal edge, and - that the third pulse signal (29) is also fed to the link (30).

9 . Anordnung nach Anspruch 7 oder 8 , d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t ,9. Arrangement according to claim 7 or 8, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t,

- daß die Mittel zur Umwandlung der übertragenen Pulscodes (34) zumindest - eine Zeitstufe (39) , welcher der übertragene Pulscode- That the means for converting the transmitted pulse codes (34) at least - a time stage (39), which the transmitted pulse code

(34) zugeführt ist und die bei einer Vorderflanke einen Referenzimpuls erzeugt, dessen Länge t3 zwischen den Im¬ pulslängen tl und t2 liegt, und - ein Speicherelement (41) zur Erzeugung des digitalen Empfangssignals (13) aufweisen, dessen Dateneingang der übertragene Pulscode (34) und dessen Takteingang der Re¬ ferenzimpuls zur Abtastung bei seinen Rückflanken zuge¬ führt ist.(34) and which generates a reference pulse on a leading edge, the length t3 of which lies between the pulse lengths tl and t2, and - have a memory element (41) for generating the digital received signal (13), the data input of which is the transmitted pulse code ( 34) and the clock input of which the reference pulse is supplied for scanning on its trailing edges.

10. Anordnung nach Anspruch 9 in Verbindung mit Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,10. Arrangement according to claim 9 in connection with claim 8, characterized in that

- daß das erste digitale Empfangssignal (13) dem gesendeten Datensignal (11) entspricht und zur Erzeugung eines zwei¬ ten digitalen EmpfangsSignals (14) , das dem statischen Si- gnal (12) entspricht, auf den Dateneingang eines weiteren Speicherelements (42) geführt ist, das durch die Rück¬ flanke des Referenzimpulses getaktet ist und dessen Aus- gangssignal mit dem ersten digitalen Empfangssignal (13) einem Verknüpfungsglied (44) von der Art einer ODER-Ver- knüpfung zugeführt ist.- That the first digital receive signal (13) corresponds to the transmitted data signal (11) and to generate a second digital receive signal (14), which corresponds to the static signal (12), is led to the data input of a further memory element (42) which is clocked by the trailing edge of the reference pulse and the output signal of which is fed with the first digital received signal (13) to a logic element (44) of the type of an OR logic operation.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet ,11. Arrangement according to one of claims 6 to 10, characterized in

- daß dem Optokoppler Mittel (33, 35 ... 38) zur Verringe- rung von SignalVerzerrungen des Pulscodes (34) nachge¬ schaltet sind.- That the optocoupler means (33, 35 ... 38) for reducing signal distortions of the pulse code (34) are connected downstream.

12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekenn¬ zeichnet , - daß die Mittel zur Verringerung von Signalverzerrungen ei¬ nen Pegeldiskriminator aufweisen, dessen Schaltschwellen in Abhängigkeit des Pulscodes derart veränderlich sind, daß die Schaltzeitpunkte des Pegeldiskriminators zeitlich nahe beim Beginn der Signalflanken des Pulscodes liegen.12. The arrangement according to claim 11, characterized in that the means for reducing signal distortions have a level discriminator, the switching thresholds of which are variable as a function of the pulse code, that the switching times of the level discriminator are close in time to the start of the signal edges of the pulse code.

13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekenn- zeichnet ,13. Arrangement according to claim 12, characterized in

- daß der Pegeldiskriminator einen Komparator (33) enthält, dessen Referenzspannungssignal durch eine Amplitudenminde¬ rung und eine Verzögerung des Pulscodes (32) erzeugt wird.- That the level discriminator contains a comparator (33), the reference voltage signal is generated by an amplitude reduction and a delay of the pulse code (32).

14. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekenn¬ zeichnet ,14. Arrangement according to claim 12, characterized gekenn¬,

- daß der Pegeldiskriminator einen Komparator (33) enthält,- That the level discriminator contains a comparator (33),

- auf dessen ersten Eingang (+) der Mittelpunkt einer Sternschaltung aus drei elektrischen Widerständen (35, 37, 36) , von denen der erste (35) mit seinem anderen An¬ schluß mit der positiven VersorgungsSpannung (VCC2) , der zweite (37) mit dem Pulscode (32) und der dritte (36) mit der negativen VersorgungsSpannung (GND2) verbunden ist, sowie ein Anschluß eines Kondensators (38) geführt sind, dessen anderer Anschluß mit der positiven (VCC2) oder der negativen Versorgungsspannung (GND2) verbunden ist, und- On its first input (+) the center point of a star connection of three electrical resistors (35, 37, 36), of which the first (35) with its other connection with the positive supply voltage (VCC2), the second (37) with the pulse code (32) and the third (36) with the negative supply voltage (GND2), and a connection of a capacitor (38) are led, the other connection with the positive (VCC2) or the negative supply voltage (GND2) is and

- auf dessen zweiten Eingang (-) der Pulscode (32) geführt ist.- On the second input (-) of the pulse code (32) is performed.

15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekenn¬ zeichnet ,15. The arrangement according to claim 14, characterized gekenn¬ characterized

- daß der Wert des ersten (35) und des dritten Widerstandes (36) größer als der Wert des zweiten Widerstandes (37) ist.- That the value of the first (35) and the third resistor (36) is greater than the value of the second resistor (37).

16. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder einer Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 15 in einer Teilnehmerschaltung zur Ankopplung eines Teilnehmers an eine Datenübertragungsleitung (1) . 16. Use of a method according to one of claims 1 to 5 or an arrangement according to one of claims 6 to 15 in a subscriber circuit for coupling a subscriber to a data transmission line (1).