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Title:
METHOD OF GENERATING A.C. INFORMATION FOR A BUS SYSTEM, AND TRANSMISSION UNIT FOR CARRYING OUT THE METHOD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1996/031012
Kind Code:
A1
Abstract:
Described are a method and device for generating bit information at a subscriber station in a bus system, in particular an EIBA bus, essentially symmetrical a.c. information being superimposed on a direct current in the bus by tapping a d.c. potential (19) in an active pulse (20) from a line under inductive load (9) against the potential of another line and forming an equalizer pulse (22, 23) with subsequent recuperation of the energy. The invention calls for the active pulse (20) of bit information to be formed at one bit frequency from individual pulses (17) of higher frequency.

Inventors:
Zierhut, Hermann
Application Number:
PCT/EP1996/001070
Publication Date:
October 03, 1996
Filing Date:
March 13, 1996
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT ZIERHUT, Hermann.
International Classes:
H04B3/02; H04L25/02; (IPC1-7): H04B3/02
Foreign References:
EP0365696A11990-05-02
EP0487874A21992-06-03
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Claims:
Patentansprüche
1. Verfahren zum Erzeugen von Bitinformation in einer Teil¬ nehmerstation eines Bussystems, insbesondere des Busses der EIBA, wobei einer Gleichspannung des Busses eine im wesent¬ lichen symmetrische Wechselspannungsinformation als Bitinfor¬ mation überlagert ist, indem ein Gleichspannungspotential (19) einer Leitung unter induktiver Belastung (9) jeweils in einem Aktivimpuls (20) gegen das Potential einer anderen Leitung gezogen wird und unter anschließender Energierück¬ gewinnung ein Ausgleichsimpuls (22, 23) gebildet wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Aktivimpuls (20) der Bitinformation mit einer Bit¬ folgefrequenz aus Einzelimpulsen (17) höherer Frequenz ge bildet ist.
2. Sendestufe für den Tranceiver der Teilnehmerstation eines Bussystems, insbesondere des Busses der EIBA, die einer Gleichspannung des Busses eine im wesentlichen symmetrische Wechselspannungsinformation als Bitinformation überlagert, indem ein Gleichspannungspotential (19) unter induktiver Be¬ lastung (9) jeweils in einem Aktivimpuls (20) gegen das Po¬ tential der anderen Leitung gezogen wird und unter anschlie¬ ßender Energierückgewinnung ein Ausgleichsimpuls (22; 23) ge bildet wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Aktivimpuls (20) der Bitinformation mit einer Bit¬ folgefrequenz in einem Generator (25) zur Erzeugung von Ein¬ zelimpulsen (17) höherer Frequenz gewonnen ist.
3. Sendestufe nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Generator (25) im Zusammenwirken mit einem Kondensa¬ tor (10) einer internen Bordnetzversorgung als hochfrequenter Aufwärtsregler ausgeführt ist, wobei Spannungsquelle für den Aufwärtsregler der Bus (1, 2) ist und Regelkriterium für den Aufwärtsregler der Spannungseinbruch während des Aktivimpul¬ ses (20) .
4. Sendestufe nach Anspruch 2 und 3 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Generator (25) mit einem Sendetransistor (6) als Sen¬ deventil und einer Ansteuerschaltung arbeitet, die zwei in Serie geschaltete und im Gegentakt beschaltete Transistoren (11, 12) aufweist, wobei die Ansteuerschaltung über einen Pulsweitenmodulator (7) mit einem Oszillator (8) verbunden ist, dessen Oszillatorfrequenz auf die höhere Frequenz eingestellt ist.
5. Sendestufe nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Pulsweitenmodulator (7) mit einer Ansteuerschaltung zur Bildung des Integrals der Spannungsamplitude während des Aktivimpulses (20) versehen ist.
6. Sendestufe nach Anspruch 2 und 3 und einem der vorher¬ gehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e , daß am Kollektor des Sendetransistors (6) der Kondensator (10) der internen Bordnetzversorgung über ein Ventil (24) mit der Funktionsweise angeschlossen ist, daß es leitend ist bei sperrendem Sendetransistor (6) und daß es sperrend ist bei leitendem Sendetransistor (6) .
7. Sendestufe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß sie als Teil eines integrierten Schaltkreises ausgeführt ist.
Description:
Beschreibung

Verfahren zum Erzeugen von Wechselspannungsinformation für ein Bussystem und Sendestufe zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen von Bitinformation in einer Teilnehmerstation eines Bussystems, insbesondere des Busses der European Installation Bus Assosiation, EIBA, im einzelnen nach Gattungsbegriff von

Patentanspruch 1. Die Erfindung bezieht sich weiter auf eine Sendestufe für den Tranceiver der Teilnehmerstation eines Bussystems zur Durchführung des Verfahrens, im einzelnen nach Gattungsbegriff von Patentanspruch 2.

Einer Gleichspannung des Busses ist eine im wesentlichen sym¬ metrische Wechselspannungsinformation als Bitinformation überlagert, indem ein Gleichspannungspotential einer Leitung unter induktiver Belastung jeweils in einem Aktivimpuls gegen das Potential einer anderen Leitung gezogen wird, wobei an¬ schließend zur Energierückgewinnung ein Ausgleichsimpuls ge¬ bildet ist. Derartige Busankoppler sind bekannt (EP-B-0 365 696, EP-B-0 379 901, EP-B-0 379 902) . Derartige Busankoppler arbeiten üblicherweise mit Übertragern, wobei das Gleichspan- nungspotential einer Leitung unter induktiver Belastung je¬ weils in einem Aktivimpuls gegen das Potential einer anderen Leitung gezogen wird. Im Sender des EIB-Tranceivers wird der Bit-Impuls auf dem Bus so generiert, daß der Bus-Gleichspan¬ nung von etwa 24 Volt jeweils ein Aktivimpuls mit einer Amplitude von etwa 7 Volt überlagert wird (EP-B-0 365 696) . Man arbeitet hierbei mit einem Obersetzungsverhältnis von etwa 3 : 1.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Sendestufe zu entwickeln, bei denen man ohne Übertrager auskomm .

Die Lösung der geschilderten Aufgabe erfolgt nach der Erfin¬ dung durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1. Der Aktiv¬ impuls der Bitinformation mit einer Bitfrequenz wird hierbei aus Einzelimpulsen höherer Frequenz gebildet. Vorteilhafter- weise wird eine sehr hohe Frequenz im Vergleich zur Bitfolge¬ frequenz verwendet, so daß der Übertrager auf eine sehr klei¬ ne Induktivität in Form einer Drossel reduziert werden kann.

Eine Sendestufe für den Tranceiver der Teilnehmerstation ei- nes Bussystems zur Durchführung des Verfahrens arbeitet nach Patentanspruch 2 mit einem Generator zur Erzeugung von Ein¬ zelimpulsen höherer Frequenz als der Bitfolgefrequenz. Vor¬ teilhafterweise werden wieder Einzelimpulse wesentlich höhe¬ rer Frequenz als der Bitfolgefrequenz vorgesehen. Die Span- nungsabsenkung während eines Aktivimpulses wird hierbei durch Stromimpulse hoher Frequenz in einem Schaltnetzteil bzw. über einen Sendetransistor wellig aber im Prinzip rechteckförmig nachgebildet, wobei die Nachbildung um so besser ist, je hö¬ her die Frequenz der Einzelimpulse ist. Man kann hierbei mit einem Generator arbeiten, der als hochfrequenter Aufwärts¬ regler ausgelegt ist, im einzelnen nach Patentanspruch 3. Hierbei erfolgt die Energierückgewinnung nach dem Prinzip des Step-Up-Schaltreglers. Dieser ist jedoch so umkonzipiert, daß er nicht die AusgangsSpannung regelt, sondern den Einbruch der Eingangsspannung, also den Aktivimpuls in seiner Amplitu¬ de. Hierbei kann die Eingangskapazität im Vergleich zu einem üblichen Step-Up-Schaltregler gegen Null oder gar bis auf Null vermindert werden. Dies ist besonders vorteilhaft, da der Bus nicht kapazitiv belastet werden soll.

Auf vorteilhafte Ausgestaltungen beziehen sich die Unteran¬ sprüche 4 bis 8. Dadurch ist es möglich, die Sendestufen¬ schaltung nach Anspruch 9 als Teil eines integrierten Schalt¬ kreises, eines IC, auszuführen.

Die Erfindung soll nun anhand von in der Zeichnung grob schematisch wiedergegebenen Ausfύhrungsbeispielen näher er¬ läutert werden:

In FIG 1 ist eine Sendestufe veranschaulicht. In FIG 2 ist der Stromverlauf im Sendeventil während eines Aktivimpulses dargestellt.

In FIG 3 ist im oberen Kurvenverlauf die Busspannung bei Überlagerung durch einen Aktivimpuls und darunter der Bus¬ strom während der Überlagerung durch einen Aktivimpuls zu¬ sammen mit anschließender Energierückgewinnung wiedergegeben.

Die Sendestufe nach FIG 1 ist mit Anschlüssen 1 und 2 an ei- nem Zweileiterbus angeschlossen, wobei parallel hierzu wei¬ tere Teilnehmerstationen angeschaltet werden können. An An¬ schlüssen 3, 4 der Sendestufe kann eine Bordnetzversorgung bzw. eine Hilfsspannungsquelle angeschlossen werden. Die Sen¬ destufe weist ein Schaltnetzteil 5 mit einem Sendeventil, beispielsweise einem Sendetransistor 6, auf. Das Schaltnetz¬ teil 5 ist mit einem Pulsweitenmodulator 7 verbunden, an dem ein Oszillator 8 angeschlossen ist, der vorteilhaft auf die gewünschte Schaltfrequenz des Sendetransistors 6 abgestimmt sein kann.

Die Sendeschaltung arbeitet wie folgt

An den Anschlüssen 1, 2 liegt die Busgleichspannung an, der die Bit-Impulse der Information überlagert werden sollen. Wenn der Sendetransistor 6 leitend wird, liegt die volle Bus¬ gleichspannung über eine Drossel 9 an. Es beginnt ein Strom entsprechend der treibenden Busgleichspannung und der Induk¬ tivität der Drossel 9 rasch ansteigend zu fließen, wobei der Strom an den Anschlüssen 1 und 2 einen entsprechenden Span- nungsfall verursacht. Ist ein Zyklus, der durch den Oszilla¬ tor mit der Oszillatorfrequenz vorgegeben ist, abgeschlossen, so wird das Sendeventil 6 sperrend und die in der Drossel gespeicherte Energie fließt in einen Kondensator 10 ab. Die den einzelnen Stromimpulsen zugeordnete Energie wird bei der Energierückgewinnung nach und nach in den Kondensator 10 ge¬ laden.

Für ein gutes Arbeiten der Sendestufe ist das Sendeventil 6 von wesentlicher Bedeutung. Es hat mit hoher Frequenz ohne größere Eigenverluste sauber zu schalten. Entsprechend ist bei einem Sendetransistor die Sättigung zu vermeiden, und er ist niederohmig auf- und zuzusteuern. Nach einer Weiterbil¬ dung der Erfindung wird die Ansteuerschaltung eines Sende¬ transistors 6 nach Anspruch 4 als Pusch-Pull-Stufe ausgebil¬ det, bei der von zwei in Serie geschalteten und im Gegentakt beschalteten Transistoren 11 und 12 der Transistor 12 insbe- sondere nach Anspruch 5 über eine Diode 13 gesperrt wird, wenn die Kollektorspannung des Sendetransistors 6 eine be¬ stimmte Spannung unterschreitet. Im Vergleich zu einem übli¬ chen Aufwärtsregler ist hervorzuheben, daß sein Regelkrite¬ rium nicht, wie üblich, die AusgangsSpannung ist, sondern der Einbruch der EingangsSpannung, also die Amplitude des Aktiv¬ impulses. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß hier¬ durch eine besonders gute Nachbildung von Rechteckinformation gewährleistet ist.

Die Ansteuerschaltung des Sendetransistors 6 kann vorteilhaft nach FIG 1 ausgeführt sein:

Die Basis des Sendetransistors 6 ist als Steuerelektrode mit den im Gegentakt arbeitenden und in Serie angeordneten Tran- sistoren 11 und 12 zwischen diesen angeschlossen. Die Steuer¬ elektroden der im Gegentakt arbeitenden Transistoren 11 und 12, jeweils die Basis, sind an Kollektor bzw. Emitter eines Transistors 14 angeschlossen, der zugleich über Induktivitä¬ ten 15, 16 an positive Sendespannung angeschlossen ist. Auf die Basis des Transistors 14 arbeitet der Pulsweitenmodulator 7, der vom Oszillator 8 beaufschlagt ist. Der Transistor 11 der im Gegentakt arbeitenden Transistoren 11, 12, dessen Emitter mit der Basis des Sendetransistors 6 verbunden ist, ist mit seiner Basis über eine Diode 13 mit dem Kollektor des Sendetransistors verbunden.

Wenn der Sendetransistor 6 entsprechend der Oszillatorf e¬ quenz des Oszillators 8 leitend gesteuert wird, läßt er Ein-

zelimpulse 17 nach FIG 2 durch, die eine wesentlich höhere Frequenz aufweisen, als die Frequenz eines Bit-Impulses 18. Entsprechend fällt die Busspannung 19 nach FIG 3 jeweils wäh¬ rend eines Aktivimpulses 20 ab, der entsprechend den Einzel- impulsen 17 eine gewisse Welligkeit aufweist. Um so höher die Frequenz der Einzelimpulse 17 ist, um so besser wird der Ak¬ tivimpuls 20 rechteckförmig nachgebildet. Wenn die Frequenz der Einzelimpulse 17 des Schaltnetzteils 5 etwa das Fünfzig¬ fache der Frequenz der Folge der Bitimpulse beträgt, ist die Welligkeit vernachlässigbar. Dem Verlauf der Busspannung 19 entsprechend, wird ein Busstrom 21 nach FIG 3, unterer Dar¬ stellung, verändert. Ausgleichsimpulse 22 bzw. 23 entsprechen der Energierückgewinnung.

Der Pulsweitenmodulator 7 regelt jeweils die Dauer der

Schließzeit bzw. Leitendsteuerung des Sendetransistors 6. Die Schließzeit ist beendet, wenn die erforderlich Amplitude für den Bitimpuls erreicht ist, wobei die Amplitude dann unabhän¬ gig von der Busspannung konstant gehalten bleibt. Die A pli- tude des Aktivimpulses wird durch den Pulsweitenmodulator 7 vorteilhaft auf einen vorgegebenen Wert konstant geregelt, unabhängig von der jeweiligen Busspannung.

Verständlicherweise können die Bauelemente im Ausführungsbei- spiel nach FIG 1 durch inverse Bauelemente ersetzt werden, wobei bei den Dioden dann Kathode und Anode zu vertauschen ist .

Am Kollektor des Sendetransistors 6 ist der Kondensator 10 der internen Bordnetzversorgung, bzw. einer Hilfsspannungs- versorgung, über ein Ventil 24, im Ausführungsbeispiel eine Diode, mit der Funktionsweise angeschlossen, daß das Ventil leitend ist bei sperrendem Sendetransistor und daß es sper¬ rend ist bei leitendem Sendetransistor 6.

Durch die geschilderten Maßnahmen ist es möglich, den Genera¬ tor 25 aus Schaltnetzteil 5, Pulsweitenmodulator 7 und Oszil¬ lator 8 und die gesamte Sendestufe einschließlich der Drossel

9 und weiterer zugeordneter Bauelemente als Teil eines inte¬ grierten Schaltkreises auszuführen.