DE4438836A1 - Circuit arrangement - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a circuit arrangement according to the Preamble of claim 1.
Eine derartige Schaltungsanordnung ist aus der DE-OS 39 07 652 bekanntgeworden. Dabei ist vorgesehen, daß mehrere Teilnehmer über einen Zweidrahtbus sowohl ihre Betriebsenergie beziehen, als auch Daten miteinander austauschen. Netzversorgte Teilneh mer können nicht angeschlossen werden. Nachteilig ist weiter hin, daß ein falsch gepolter Anschluß eines Teilnehmers an die Busleitungen zumindest zum Ausfall der Spannungsversorgung dieses Teilnehmers führt. Das bekannte System arbeitet im Ba sisband, das heißt, zur Übertragung eines Telegramms wird die Spannung auf dem Bus entsprechend dem Bitmuster der zu über tragenden Information kurzgeschlossen (moduliert). Hierzu ist es erforderlich, die Spannungsquelle der Schaltungsanordnung entsprechend "weich", das heißt hochohmig, auszulegen. Diese Forderung ist für die Übertragung sehr geringer Datenraten we gen der notwendigen Störsicherheit mit erheblichem schaltungs technischem Aufwand verbunden. Der Aufbau der Spannungsversor gungsbaugruppe gemäß der oben genannten DE-OS ist zudem mit dem Nachteil behaftet, daß selbst ohne Teilnehmer am Bus der Spannungsquelle ständig ein hoher Strom entnommen wird.Such a circuit arrangement is from DE-OS 39 07 652 known. It is intended that several participants obtain their operating energy via a two-wire bus, as well as exchange data with each other. Mains-supplied participants mer cannot be connected. Another disadvantage is indicates that an incorrectly polarized connection of a subscriber to the Bus lines at least if the power supply fails this participant leads. The known system works in Ba sisband, that is, for the transmission of a telegram the Voltage on the bus according to the bit pattern of the over carrying information short-circuited (modulated). This is it required the voltage source of the circuit arrangement to be interpreted accordingly as "soft", that is to say with high impedance. These Demand is for the transmission of very low data rates against the necessary interference immunity with considerable circuitry technical effort connected. Building the voltage supplier supply assembly according to the above-mentioned DE-OS is also with the Disadvantageous that even without a participant on the bus Voltage source is constantly taking a high current.
Aufgrund einer festen Referenz kann es dazu kommen, daß das Sendetelegramm zumindest abschnittweise nicht mehr digitali siert werden kann. Das ist dann der Fall, wenn der Innenwider stand der Spannungsquelle zu gering ist oder der des Schalt elementes im Sender zu groß ist, so daß die Spannung auf dem Bus nicht mehr bis zum Erkennen des "LOW"-Pegels heruntergezo gen werden kann.Due to a fixed reference it can happen that the Send telegram no longer digital, at least in sections can be settled. That is the case when the inside resists the voltage source is too low or that of the switch element in the transmitter is too large, so that the voltage on the Bus no longer pulled down until the "LOW" level was recognized can be gen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen und eine Schaltungsanordnung anzugeben, die folgende Leistungsmerkmale aufweist:The object of the invention is to overcome these disadvantages eliminate and specify a circuit arrangement, the following Features include:
- 1. Ein Datenaustausch ist zwischen den Teilnehmern auch bei vertauschten Busanschlußleitungen möglich,1. A data exchange is also between the participants reversed bus connection lines possible,
- 2. sowohl busversorgte als auch netzversorgte Teilnehmer kön nen an dem Bus betrieben werden,2. Both bus-supplied and network-supplied participants can be operated on the bus,
- 3. größtmögliche Störfestigkeit und3. greatest possible immunity and
- 4. einfacher und damit kostengünstiger Aufbau und4. simple and therefore inexpensive construction and
- 5. sichere Datenrekonstruktion auch bei unterschiedlicher Teilnehmerzahl.5. Secure data reconstruction even with different Number of participants.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Auf diese Weise läßt sich der gewünschte Innenwiderstand der Spannungsquelle mittels eines kostengünstigen Bauelementes Rv einstellen. Der Brückengleich richter GL1, GL2, der üblicherweise zur Gleichrichtung von Wechselspannung eingesetzt wird, ermöglicht eine Anschlußbele gung des zweiadrigen Datenbusses, ohne Berücksichtigung einer Polung.According to the invention the task is characterized by Features of claim 1 solved. In this way, the desired internal resistance of the voltage source by means of a Set inexpensive component Rv. The bridge level judge GL1, GL2, which is usually used to rectify AC voltage is used, enables a connection the two-wire data bus without considering one Polarity.
Durch die Merkmale des Anspruchs 2 wird sichergestellt, daß nur im Bedarfsfall Strom aus der Spannungsversorgung entnommen wird.The features of claim 2 ensure that only if necessary, current is drawn from the voltage supply becomes.
Zur Festlegung des definierten Spannungswertes Uo kann gemäß Anspruch 3 auch der Ausbaugrad des Gesamtsystems einbezogen werden. Dadurch ist sichergestellt, daß infolge des Schließens eines Schaltelementes SE1, SE2 eines ersten Teilnehmers ein zweiter Teilnehmer eine von Null verschiedene Spannung regi striert. Diese ergibt sich aus der Flußspannung der zugeordne ten Brückengleichrichter GL1 und GL2 sowie dem Spannungsabfall eines dem Schaltelement SE1, SE2 vorgeschalteten Schutzwider standes R1.According to Claim 3 also includes the degree of expansion of the overall system become. This ensures that as a result of closing a switching element SE1, SE2 of a first participant second participant regi a voltage different from zero strictly. This results from the forward voltage of the assigned bridge rectifiers GL1 and GL2 and the voltage drop a protective resistor connected upstream of the switching element SE1, SE2 stand R1.
Um eindeutige, dem gesendeten Signaltelegramm entsprechende Pegel zu erhalten, sind die Merkmale des Anspruchs 4 vorgese hen. Auch bei unterschiedlichen Spannungspegeln auf dem Bus, beispielsweise aufgrund sich ändernder Teilnehmerzahlen, wird durch die Pulsformstufe unter Hinzuziehung des gleitenden Re ferenzwertes eine sichere Datenrekonstruktion ermöglicht. To be clear, corresponding to the signal telegram sent To obtain levels, the features of claim 4 are provided hen. Even with different voltage levels on the bus, for example due to changing numbers of participants through the pulse shape level with the help of the sliding re a safe data reconstruction.
Die zeitliche Formung des gleitenden Referenzwertes U- entspre chend Anspruch 5 bewirkt, daß die Auswirkungen der Exemplar streuungen der Bauelemente stark verringert werden und die er forderliche Dynamik des Senders, insbesondere hinsichtlich der Ansprüche an die Schaltelemente SE1, SE2, kleiner werden.The temporal formation of the moving reference value U- corresponds chend claim 5 causes the effects of the specimen Scattering of the components can be greatly reduced and he required dynamics of the transmitter, especially with regard to the Demands on the switching elements SE1, SE2, become smaller.
Um kurzzeitige Störungen des gesendeten Telegramms auf dem Bus zu unterdrücken, sind die Merkmale des Anspruchs 6 vorgesehen.To briefly disturb the transmitted telegram on the bus to suppress, the features of claim 6 are provided.
Eine weitere Verbesserung der Störfestigkeit wird mit Hilfe der Hysteresebaugruppe nach Anspruch 7 erreicht.A further improvement in immunity is with the help of Hysteresis assembly according to claim 7 achieved.
Die Spannungsbegrenzungsbaugruppe R7, D5 gemäß Anspruch 8 stellt sicher, daß die Ausgangsspannung auf für den nachge schalteten Controller zulässige Werte begrenzt wird.The voltage limiting assembly R7, D5 according to claim 8 ensures that the output voltage on for the nachge switched controller permissible values is limited.
Die Ausführungsform nach Anspruch 9 sieht vor, daß netzver sorgte und busversorgte Teilnehmer (Typ A und Typ B) gemischt am Bus betrieben werden. Die Funktion der oben beschriebenen Komponenten bleibt dabei unverändert.The embodiment according to claim 9 provides that netzver catered and bus-supplied participants (type A and type B) mixed operated on the bus. The function of the above Components remain unchanged.
Die busversorgten Teilnehmer können die Merkmale des Anspruchs 10 aufweisen, wodurch sich ein einfacher und damit kostengün stiger Aufbau ergibt.The bus-supplied participants can claim the features of the claim Have 10, which is a simple and therefore inexpensive permanent structure results.
Die Mischbestückung gemäß Anspruch 11 hat, insbesondere für eine Heizungsanlage, den Vorteil, daß sowohl Teilnehmer mit geringem Stromverbrauch (Typ B) als auch netzgebundene Teil nehmer (Typ A) problemlos angeschlossen werden können. Durch die Busversorgung läßt sich bei Typ-B-Teilnehmern eine separate Energieversorgung, beispielsweise über Batterien, einsparen. Gleichzeitig erübrigen sich gegebenenfalls erforderliche zusätzliche Leitungen. Bei netzgebundenen Teilnehmern werden die Erweiterungsmöglichkeiten des Gesamtsystems nicht einge schränkt, da diese Typ-A-Teilnehmer den Bus nicht nennenswert belasten.The mixed assembly according to claim 11 has, in particular for a heating system, the advantage that both participants with low power consumption (type B) as well as network-connected part devices (type A) can be connected without any problems. By the bus supply can be separate for Type B devices Saving energy supply, for example via batteries. At the same time, any necessary ones are unnecessary additional lines. With network-connected participants the expansion options of the overall system are not included limits, since these type A participants not worth mentioning the bus strain.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert.An exemplary embodiment of the invention is described below a drawing explained in more detail.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schal tungsanordnung und Fig. 1 shows an embodiment of a circuit arrangement according to the invention and
Fig. 2 zugehörige Signalverläufe. Fig. 2 associated waveforms.
Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung verknüpft im wesentlichen eine Spannungsversorgungseinrichtung 1 über einen Datenbus 2 mit mehreren separaten Teilnehmern 3, 4, von denen zwei dargestellt sind. Der Datenaustausch zwischen den Teilnehmern 3 und 4 erfolgt über zwei Adern 5 und 6 des Datenbusses 2, wobei die beiden Adern 5 und 6 an eine Spannungsquelle 7 mit Vorwiderstand Rv angeschlossen sind. Der Vorwiderstand Rv und die Ausgangsspannung U0 der Spannungsquelle 7 sind derart di mensioniert, daß sich einerseits ein für Schaltelemente SE1, SE2 ausreichend hoher Innenwiderstand ergibt und andererseits hinreichend viele Teilnehmer 3, 4 . . . anschließbar sind. Ein nachgeschalteter Regler Reg 1 begrenzt die Ruhespannung auf dem Bus auf den definierten Wert UBus. Fig. 1 zeigt den prin zipiellen Aufbau eines netzversorgten Teilnehmers 3 (Typ A) und eines busversorgten Teilnehmers 4 (Typ B). Beide Teilnehmer 3 und 4 sind jeweils über einen Brückengleichrichter GL1 und GL2 an den Datenbus 2 angeschlossen. Dabei ist es gleichgültig, welche Ader 5 oder 6 des Datenbusses 2 mit welcher An schlußleitung 8 oder 9 beziehungsweise 8′ oder 9′ des Teilneh mers 3 beziehungsweise 4 verbunden wird. Eine Falschpolung ist nicht möglich. Zur Erzeugung eines Signaltelegramms mit ent sprechendem Bitmuster enthält jeder Teilnehmer 3 und 4 einen elektronischen Schalter SE1 beziehungsweise SE2, der über einen Controller 10 beziehungsweise 10′ angesteuert wird. Bei einem Schließen des elektronischen Schalters SE1 eines Teilnehmers 3 registriert der andere Teilnehmer 4 nicht Null Volt, sondern eine um die Flußspannung der beiden Brückengleichrichter GL1 und GL2 und einen Spannungsabfall eines in Serie zum Schalter SE1 liegenden Schutzwiderstandes R1 höhere Spannung. Um dennoch eindeutige, dem gesendeten Telegramm entsprechende Pegel zu erhalten, ist eine Pulsformstufe OP, R2, R3, R4, R5, R7, R8, D5, C1, C2 vorgesehen. Diese formt den Spannungsverlauf U+ durch Vergleich mit einem gleitenden Referenzwert U- in ein Ausgangssignal Ua und bewirkt auch dessen Begrenzung.The circuit shown in FIG. 1 essentially links a voltage supply device 1 via a data bus 2 to a plurality of separate subscribers 3 , 4 , two of which are shown. The data exchange between the participants 3 and 4 takes place via two wires 5 and 6 of the data bus 2 , the two wires 5 and 6 being connected to a voltage source 7 with a series resistor Rv. The series resistor Rv and the output voltage U0 of the voltage source 7 are dimensioned in such a way that, on the one hand, there is a sufficiently high internal resistance for switching elements SE1, SE2 and, on the other hand, a sufficient number of subscribers 3 , 4 . . . can be connected. A downstream regulator Reg 1 limits the idle voltage on the bus to the defined value UBus. Fig. 1 shows the basic structure of a network-supplied subscriber 3 (type A) and a bus-supplied subscriber 4 (type B). Both participants 3 and 4 are each connected to data bus 2 via a bridge rectifier GL1 and GL2. It does not matter which wire 5 or 6 of the data bus 2 to which connection line 8 or 9 or 8 'or 9 ' of the subscriber 3 or 4 is connected. Wrong polarity is not possible. To generate a signal telegram with a corresponding bit pattern, each subscriber 3 and 4 contains an electronic switch SE1 or SE2, which is controlled by a controller 10 or 10 '. When the electronic switch SE1 of a participant 3 is closed , the other participant 4 does not register zero volts, but rather a voltage higher by the forward voltage of the two bridge rectifiers GL1 and GL2 and a voltage drop in a protective resistor R1 connected in series with the switch SE1. In order to nevertheless obtain clear levels corresponding to the transmitted telegram, a pulse form stage OP, R2, R3, R4, R5, R7, R8, D5, C1, C2 is provided. This forms the voltage curve U + by comparison with a sliding reference value U- into an output signal Ua and also effects its limitation.
Fig. 2 zeigt den binären Charakter der Ausgangsspannung Ua in der unteren Kurve und die Bildung dieses Signalverlaufes aus dem Größer-Kleiner-Vergleich mittels des Operationsverstärkers OP zwischen dem Spannungsverlauf U+ des empfangenen Signalte legramms und dem gleitenden Referenzwert U-. Es ist ersicht lich, daß bei einer systematischen Reduzierung des U+-Mittel wertes im Kurvenabschnitt 11 auch die Referenzspannung U- re duziert wird. Durch diesen gleitenden Referenzwert U- ist ge währleistet, daß auch bei deutlichem "Einbruch" der Empfang stelegrammspannung U+ der Referenzwert U- in einer Größenord nung liegt, die zwischen dem LOW-Pegel 12 beziehungsweise 12′ und dem High-Pegel 13 beziehungsweise 13′ liegt. Fig. 2 shows the binary character of the output voltage Ua in the lower curve and the formation of this signal curve from the larger-smaller comparison by means of the operational amplifier OP between the voltage curve U + of the received signal telegram and the sliding reference value U-. It is evident, that with a systematic reduction of the U + mean in the curve section 11 , the reference voltage U-is also reduced. This sliding reference value U- ensures that the telegram voltage U + received and the reference value U- is in an order of magnitude even in the event of a significant "dip" between the LOW level 12 or 12 'and the high level 13 or 13' lies.
Gestrichelt ist auch ein fester Referenzwert 14 dargestellt. Es zeigt sich deutlich, daß ab einem Zeitpunkt tx bei festen Referenzwert 14 keine Datenauswertung mehr möglich wäre, da der High-Pegel 13′ unterhalb des festen Referenzwertes 14 liegt.A fixed reference value 14 is also shown in dashed lines. It can be clearly seen that from a point in time tx with a fixed reference value 14, data evaluation would no longer be possible, since the high level 13 'lies below the fixed reference value 14 .
Die schaltungstechnische Darstellung des gleitenden Referenz wertes U- zeigt Fig. 1. Dazu ist eine Spannungsteiler-Tiefpaß- Baugruppe R2, R3, C1 mit relativ großer Zeitkonstante T1 vorgesehen. Diese Baugruppe R2, R3, C1 ist Bestandteil der Pulsformstufe OP, R2, R3, R4, R5, R7, R8, D5, C1, C2. Der sich ergebende Referenzwert U- ist proportional zum Langzeitmittel wert der Empfangstelegrammspannung U+.The circuitry representation of the sliding reference value U- is shown in FIG. 1. For this purpose, a voltage divider low-pass module R2, R3, C1 with a relatively large time constant T1 is provided. This assembly R2, R3, C1 is part of the pulse shape stage OP, R2, R3, R4, R5, R7, R8, D5, C1, C2. The resulting reference value U- is proportional to the long-term mean value of the received telegram voltage U +.
Der Spannungsverlauf U+ wird über eine Tiefpaßfilterung mit
einer relativ geringen Zeitkonstanten T2 störunanfälliger aus
gelegt. Kurzzeitige Störungen werden unterdrückt, wenn gilt:
T1 » T2.The voltage curve U + is laid out to be less susceptible to interference by means of low-pass filtering with a relatively low time constant T2. Short-term disturbances are suppressed if:
T1 »T2.
Durch eine Beschaltung des nicht invertierenden Einganges des Operationsverstärkers OP mit den Widerständen R4 und R5 wird ein Hystereseverlauf der Ausgangsspannung Ua erreicht, wodurch sich eine zusätzliche Erhöhung der Störfestigkeit ergibt.By wiring the non-inverting input of the Operational amplifier OP with the resistors R4 and R5 a hysteresis curve of the output voltage Ua is reached, whereby there is an additional increase in immunity.
Dem Ausgang des Operationsverstärkers OP ist ein Widerstand R7 nachgeschaltet, der zusammen mit der Diode D5 die Ausgangs spannung Ua derart begrenzt, daß ein Eingang RxD des Control lers 10 mit einer zulässigen Spannung beaufschlagt wird.The output of the operational amplifier OP is connected downstream of a resistor R7 which, together with the diode D5, limits the output voltage Ua in such a way that an input RxD of the controller 10 is subjected to a permissible voltage.
Eine weitere Verbesserung der Störfestigkeit ist durch ge eignete Softwaremaßnahmen, zum Beispiel durch die Festlegung einer Abtastrate, die wesentlich größer als die Datenrate ist, und durch unscharfe Bereichs grenzen für die Zuordnung des emp fangenen Signals zu den Low- beziehungsweise High-Zuständen möglich.Another improvement in immunity is by ge Appropriate software measures, for example by defining them a sampling rate that is significantly greater than the data rate, and by fuzzy limits for the assignment of the emp catch signal to the low or high states possible.
Durch den Einsatz der Pulsformstufe OP, R2, R3, R4, R5, R7, R8, D5, C1, C2 ist es gegebenenfalls sogar möglich, auf den Spannungsregler Reg 1 der Baugruppe 1 zu verzichten.By using the pulse form stage OP, R2, R3, R4, R5, R7, R8, D5, C1, C2 it may even be possible to do without the voltage regulator Reg 1 of module 1 .
Der netzversorgte Typ-A-Teilnehmer 3 und der busversorgte Typ- B-Teilnehmer 4 besitzen im wesentlichen den gleichen Aufbau und die gleiche Funktion. Der busversorgte Teilnehmer 4 enthält einen eigenen Spannungsregler Reg 2, während der netzversorgte Teilnehmer 3 von einer Spannung 41 versorgt wird und einen Regler Reg 3 aufweist. Zur Energiespeicherung ist beim busversorgten Teilnehmer 4 ein Speicherelement in Form eines Kondensators C3 vorgesehen, welcher zur Ladestrombegrenzung mit einem Serienwiderstand verbunden sein kann. Die Entkopplung des Kondensators C3 vom Datenbus 2 übernimmt in üblicher Weise eine Diode D6.The mains-supplied type A subscriber 3 and the bus-supplied type B subscriber 4 have essentially the same structure and the same function. The bus-supplied subscriber 4 contains its own voltage regulator Reg 2 , while the mains-supplied subscriber 3 is supplied with a voltage 41 and has a regulator Reg 3 . For energy storage, a storage element in the form of a capacitor C3 is provided in the bus-supplied subscriber 4 , which can be connected to a series resistor for limiting the charging current. The capacitor C3 is decoupled from the data bus 2 in the usual way by a diode D6.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das vorstehend be schriebene Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, die auch bei grundsätzlich anders gearteter Ausführung von den Merkmalen der Erfindung Gebrauch machen. Das gilt insbesondere für die Verwendung integrierter Bauelemente, die die diskreten Bauelemente der veranschaulichten Schaltung ersetzen können.The invention is not limited to the above written embodiment. Rather is a number of Variants conceivable, even with fundamentally different types Execution make use of the features of the invention. The applies in particular to the use of integrated components, which are the discrete components of the illustrated circuit can replace.
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