Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur galvani- schen Trennung von Systemen mit Breitband-Ubertragung.

Da die. Anforderungen an die Geschwindigkeit einer Datenüber- tragung stetig steigen, stellt eine störungsfreie Übertragung von Daten im Zeitalter der Verschmelzung von Informations- und Kommunikationsnetzen eine Herausforderung für die auf diesem Gebiet tätigen Entwickler dar, da mit der Geschwindig- keit auch die Störanfälligkeit der übertragenen Daten zu- nimmt.

Eine Quelle für Fehler bei der Datenübertragung ist die durch gemeinsame Stromwege verursachte galvanische Störbeeinflus- sung, die sich durch Spannungsabfälle gegenüber dem gemeinsa- men Masseanschluß, verursacht durch Ubergangswiderstände an Anschlüssen oder Steckverbindungen, bemerkbar macht, welche sich den Datensignalen überlagern.

Ein Möglichkeit, die galvanische Störbeeinflussung zu vermei- den, ist die galvanische Entkopplung. Die Entkopplung erfolgt durch Vermeiden gemeinsamer Bezugsleiter und durch Potential- trennung von Stromkreisen und wird bei der Datenübertragung durch den Einsatz von Optokopplern realisiert.

Für eine schnelle Datenübertragung wie sie heute in der Rech- nertechnik üblich ist, beispielsweise bei einem"Universal Serial Bus"USB, sind Hochgeschwindigkeits-Optokoppler erfor- derlich.

Ein Nachteil der Hochgeschwindigkeits-Optokoppler ist der ho- he Anschaffungspreis, vor allem weil zugleich auf diesem Ge- biet viele konkurrierende Unternehmen tätig sind, und daher die Höhe der Produktions-und damit der Anschaffungskosten entscheidend für die Auswahl durch den Käufer und für den Er- folg der Unternehmen ist.

Ein weiterer Nachteil der Optokoppler sind die relativ großen temperatur-und spannungsabhängigen Signallaufzeiten, die vor allem bei der parallelen Übertragung von mehreren Datensigna- len Schwierigkeiten verursachen, da sich die einzelnen Lauf- zeiten der Optokoppler im Extremfall so unterscheiden können, daß die übertragenen Datensignale nicht mehr synchron sind.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist die Realisie- rung einer einfachen kostengünstigen Anordnung sowie Verfah- ren zur galvanisch getrennten Breitband-Ubertragung in Syste- men zur Signalübertragung.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 bzw. den Merkmalen des Patentanspruches 12 gelöst.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung weist eine Eingangs- stufe sowie eine Ausgangsstufe auf, die durch eine Entkopp- lungseinrichtung entkoppelt sind.

Die Eingangsstufe enthält eine Leitung zur Übertragung eines Taktsignals, mindestens eine zweite Leitung zur Übertragung jeweils eines Datensignals, ein erstes Massepotential sowie mindestens ein erstes Mittel zur Signalverknüpfung ; wobei die Anzahl der ersten Signalverknüpfungsmittel durch die Anzahl der Datensignale derart bestimmt ist, daß jedem Datensignal ein erstes Signalverknüpfungsmittel zugeordnet ist.

Die Ausgangsstufe enthält mindestens ein zweites Mittel zur Signalverknüpfung, einen den zweiten Signalverknüpfungsmit- teln nachgeschalteten Filter sowie ein zweites Massepotenti-

al ; wobei die Anzahl der zweiten Signalverknüpfungsmittel und der Filter durch die Anzahl der Datensignale derart bestimmt ist, daß jedem Datensignal ein zweites Signalverknüpfungsmit- tel und jeweils das dem zweiten Signalverknüpfungsmittel nachgeschaltete Filter zugeordnet ist.

Das erste Signalverknüpfungsmittel weist einen ersten Si- gnaleingang, an dem ein Datensignal anliegt, und einen zwei- ten Signaleingang, an dem das Taktsignal anliegt, auf und ist derart ausgestaltet, daß ein erstes Ausgangssignal als ein dem Taktsignal überlagertes Datensignal an einem ersten Signalausgang ausgegeben wird.

Das zweite Signalverknüpfungsmittel weist einen dritten Si- gnaleingang, an dem ein entkoppeltes erstes Ausgangssignal anliegt, und einen vierten Signaleingang, an dem ein entkop- peltes Taktsignal anliegt, auf und ist derart ausgestaltet, daß ein zweites Ausgangssignal als ein von dem entkoppelten Taktsignal befreites entkoppeltes Datensignal an einem zwei- ten Signalausgang ausgegeben wird, wobei dem zweiten Signal- verknüpfungsmittel jeweils ein Filter nachgeschaltet ist, der im zweiten Ausgangssignal enthaltene Störimpulse wegfiltert, so daß ein drittes Ausgangssignal als ein von Störimpulsen befreites entkoppeltes Datensignal erzeugt wird.

Die Eingangsstufe und die Ausgangsstufe sind derart entkop- pelt, daß das erste Massepotential von dem zweiten Massepo- tential galvanisch getrennt wird und das Taktsignal und das jeweils erste Ausgangssignal galvanisch getrennt übertragen werden.

Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsan- ordnung zur galvanisch getrennten Breitbandübertragung sind die geringen Signallaufzeiten, die zudem kalkulierbar sind, da sie im wesentlichen von den verwendeten Signalverknüp- fungsmitteln sowie der Frequenz des Taktsignals abhängen, so- wie die geringen Kosten, da Standardbauteile verwendet wer-

den, die aufgrund ihrer Massenproduktion zu günstigen Preisen bezogen werden können. Durch die Kalkulierbarkeit der Lauf- zeiten ist diese Schaltungsanordnung insbesondere für die Um- setzung einer parallelen Datenübertragung einzusetzen.

Durch vorteilhafte Weiterbildung gemäß Anspruch 2 werden et- waige durch den Filter verursachte Abweichungen von der rechteckigen Form, die Daten-und Taktimpulse im allgemeinen aufweisen, rückgängig gemacht, so daß unter anderem auch eine sicherere Detektion der Datensignale ermöglicht wird.

Wesentlicher Vorteil der Weiterbildungen gemäß Anspruch 3 und 4 ist die kostengünstige Anschaffung der verwendeten logi- schen Verknüpfungsglieder, die zudem eine besonders einfache und platzsparende-es liegen i. a. mehrere Verknüpfungsglie- der in einer integrierten Schaltung vor-Anordnung zur Rea- lisierung der Überlagerung des Taktsignals durch das Datensi- gnal.

Die Weiterbildung gemäß Anspruch 5 zeichnet sich ebenfalls durch niedrige Anschaffungskosten aus und spart zudem ein Ne- gationsglied ein, wenn die ersten und zweiten Signalverknüp- fungsmittel ebenfalls"XOR-Gatter"sind.

Analog zur Weiterbildung gemäß Anspruch 5 zeichnet sich die Weiterbildung gemäß Anspruch 6 ebenfalls durch niedrige An- schaffungskosten aus und spart zudem ein Negationsglied ein, wenn die ersten und zweiten Signalverknüpfungsmittel eben- falls"XNOR-Gatter"sind.

Wesentliche Vorteile der Weiterbildung gemäß Anspruch 7 sind die kostengünstige Anschaffung der Übertrager, der reduzierte Platzbedarf der Übertrager, da es beispielsweise IC-Gehäuse gibt, die 8 Übertrager (LAN-Übertrager) beinhalten, außerdem zeichnen sie sich durch große Hochspannungsfestigkeit aus und erzeugen keine Brummspannung.

Wesentliche Vorteile der Weiterbildung gemäß Anspruch 8 sind die kostengünstige Anschaffung, da es sich bei Kondensatoren, insbesondere den für die Entkopplung notwendigen Kondensato- ren, um günstige Massenprodukte handelt, und eine minimal notwendige Anzahl von Leitungen, da nur das zu entkoppelnde Signal zum galvanischen Trennen an einem ersten Anschluß des Kondensators angeschlossen werden muß und das entkoppelte Si- gnal an einem zweiten Anschluß des Kondensators abgegriffen werden kann.

Die vorteilhafte Weiterbildung gemäß Anspruch. 9 gewährleistet an den Signaleingängen der Signalverknüpfungsmittel stabile Potentiale gegenüber dem zweiten Massepotential, so daß sogar bei fehlenden Eingangssignalen und/oder instabilen Eingangs- signalen stets ein definiertes und/oder stabiles Ausgangs- signal am Signalausgang des Signalverknüpfungsmittels erzeugt wird.

Das durch die vorteilhafte Weiterbildung gemäß Anspruch 10 realisierte Tiefpaßfilter stellt eine einfache und kostengün- stige Anordnung zum Entfernen vorhandener Störimpulse dar.

Durch die vorteilhafte Weiterbildung nach Anspruch 11 ist ei- ne Speisung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit ei- nem externen Taktsignal nicht mehr notwendig, dadurch wird zum einen ein Anschluß sowie eine externe Leitung für die Zu- fuhr des externen Taktsignals eingespart und zum anderen ist die Toleranz und Güte des Taktsignals-im Gegensatz zu dem externen Taktsignal-bekannt, so daß die Schaltungsanordnung optimal darauf abgestimmt werden kann.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß Anspruch 12 wird ein Datensignal von mindestens einem Datensignal mit einem hochfrequenten Taktsignal in einer Eingangsstufe zu einem er- sten Ausgangssignal verknupft. Dazu wird das jeweilige Daten- signal dem hochfrequenten Taktsignal überlagert.

Das jeweils erste Ausgangssignal sowie das Taktsignal werden an eine Ausgangsstufe galvanisch getrennt übertragen, wobei ein erstes Massepotential der Eingangsstufe von einem zweiten Massepotential der Ausgangsstufe galvanisch getrennt werden.

Ein galvanisch getrennt übertragenes erstes Ausgangssignal und ein galvanisch getrennt übertragenes Taktsignal werden in der Ausgangsstufe zu einem zweiten Ausgangssignal verknüpft.

Dazu wird das galvanisch getrennt übertragene erste Ausgangs- signal von dem galvanisch getrennt übertragenen Taktsignal separiert.

Zuletzt werden in dem zweiten Ausgangssignal vorhandene Stör- impulse gefiltert, so daß ein drittes Ausgangssignal als ge- filtertes Datensignal erzeugt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine kostengünstige und einfache Realisierung einer galvanisch getrennten Über- tragung von Signalen.

Vorteil der Weiterbildung nach Anspruch 13 ist das Revidieren etwaiger-durch das Verfahren verursachter-Abweichungen der Daten-und Taktimpulse von einer rechteckigen Impulsform, die Daten-und Taktsignale im allgemeinen aufweisen.

Die vorteilhaften Weiterbildungen gemäß Anspruch 14 ermögli- chen eine kostengünstige Umsetzung der galvanischen Trennung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der einzi- gen FIGUR erläutert. Diese zeigt : Eine Schaltungsanordnung zur galvanisch getrennten Ubertra- gung eines Datensignals.

In der FIGUR ist eine Schaltungsanordnung SA dargestellt, die sich in eine Eingangsstufe ES und eine Ausgangsstufe AS glie- dern läßt, wobei sich die Aufteilung der Eingangsstufe ES und

der Ausgangsstufe AS durch eine galvanische Trennung, die durch eine Entkopplungseinrichtung EK erfolgt, ergibt. Auf- grund dieser galvanischen Trennung weist die Eingangsstufe ein erstes Massepotential MP1 und die Ausgangsstufe AS ein galvanisch getrenntes zweites Massepotential MP2 auf.

Die Schaltungsanordung SA dient zur galvanisch getrennten Übertragung eines Datensignals DIN, das von einer-in Bezug auf Schaltungsanordnung-externen Signalquelle V1 erzeugt wird. Dazu wird das Datensignal DIN der Eingangsstufe ES zu- geführt und dort durch ein Exklusiv-Oder-Gatter (XOR-Gatter) Gl mit. einem hochfrequenten Taktsignal CLCK verknüpft, so daß an einem ersten Signalausgang A1 des Gatters Gl ein erstes Ausgangssignal Sl ausgegeben wird, das einem dem hochfrequen- ten Taktsignal überlagerten Datensignal entspricht ; d. h. das Datensignal DIN wird mit dem hochfrequenten Taktsignal CLCK moduliert, wobei das Taktsignal CLCK die Rolle der aus der Signaltheorie bekannten Trägerfrequenz einnimmt.

Das hochfrequente Taktsignal CLCK wird von einem Generator erzeugt, der Teil der Eingangsstufe ES ist (interne Signal- quelle). Alternativ kann die Eingangsstufe auch so ausgestal- tet sein, daß das Taktsignal CLCK von einer externen Signal- quelle erzeugt und der Eingangsstufe ES zugeführt wird.

Die in der Zeichnung dargestellte Entkopplungseinrichtung EK setzt sich aus drei Kondensatoren Cl, C2 und C3 zusammen, wo- bei der Kondensator Cl das erste Massepotential MP1 von dem zweiten Massepotential MP2, der Kondensator C2 das Taktsignal CLCK von der Ausgangsstufe AS und der Kondensator C3 das er- ste Ausgangssignal S1 von der Ausgangsstufe AS galvanisch trennt, indem der jeweilige Kondensator Cl, C2 oder C3 zwi- schen die zu trennenden Seiten geschaltet wird. Dadurch wird gewährleistet, daß das Taktsignal CLCK sowie das erste Aus- gangssignal S1 galvanisch getrennt an die Ausgangsstufe AS übertragen werden.

Bei den eingesetzten Kondensatoren handelt es sich beispiels- weise um Keramikkondensatoren, die wegen ihrer Hochspannungs- festigkeit besonders geeignet sind.

Alternativ können zur Realisierung der galvanischen Trennung von Eingangsstufe ES und Ausgangsstufe AS induktive Übertra- ger eingesetzt werden, beispielsweise LAN-Übertrager, die sich für Übertragung mit hoher Geschwindigkeit besonders eig- nen ; wobei an der Primärseite eines ersten Übertragers das erste Massepotential MP1 und das erste Ausgangssignal S1 und an der Sekundärseite ein dritter Signaleingang E3 und das zweite Massepotential MP2 angeschlossen sind sowie an der Primärseite eines zweiten Ubertragers das erste Massepotenti- al MP1 und das Taktsignal CLCK und an der Sekundärseite ein vierter Signaleingang E4 und das zweite Massepotential MP2 angeschlossen sind.

Durch den ersten und zweiten Übertrager wird sowohl das erste Massepotential MS1 vom zweiten Massepotential MS2 als auch das Taktsignal CLCK sowie das erste Ausgangssignal S1 von der Ausgangsstufe AS galvanisch getrennt und dadurch eine galva- nisch getrennte Übertragung des Taktsignals CLCK sowie des ersten Ausgangssignals von Ausgangsstufe AS realisiert.

Die Ausgangsstufe weist ein zweites XOR-Gatter auf, an dessen dritten Signaleingang E3 das galvanisch getrennt übertragene erste Ausgangssignal Sl'und dessen vierten Signaleingang E4 das galvanisch getrennt übertragene Taktsignal CLCK'anlie- gen, wobei das zweite XOR-Gatter G2 durch Verknüpfung des galvanisch getrennt übertragenen ersten Ausgangssignals S1' und des galvanisch getrennt übertragenen Taktsignals CLCK'am zweiten Signalausgang A2 ein zweites Ausgangssignal S2 er- zeugt. Da das erste Ausgangssignal Sl eine Überlagerung des Taktsignals CLCK durch das Datensignal DIN ist, wird beim er- sten Ausgangssignal S1 durch Separieren des galvanisch ge- trennt übertragenen Taktsignals CLCK'von dem Datensignal DIN

ein zweites Ausgangssignal S2 als ein galvanisch getrennt übertragenes Datensignal erzeugt.

Das zweite XOR-Gatter G2 gewährleistet außerdem ein Synchro- nisieren von Signalen der Eingangsstufe ES und der Ausgangs- stufe AS und gleicht etwaige Abweichungen von einer rechtek- kigen Impulsform, die die Signale im allgemeinen aufweisen, aus, da XOR-Gatter Ausgangssignale mit rechteckiger Impuls- form erzeugen.

Damit gewährleistet ist, daß am zweiten Signalausgang A2 stets ein stabiles Ausgangssignal S2-unabhängig davon ob Eingangssignale anliegen oder nicht-ausgegeben wird, ist zwischen dem dritten Signaleingang E3 und dem zweiten Masse- potential MP2 ein erster Widerstand R1 sowie dem vierten Si- gnaleingang E4 und dem zweiten Massepotential MP2 ein zweiter Widerstand R2 geschaltet. Diese sogenannte Pull-Down-Wider- stände sorgen für ein definiertes Potential an den Signalein- gängen E3 sowie E4 und damit auch am zweiten Signalausgang A2.

Das Weglassen der Pull-Down-Widerstände oder alternative Be- schaltungen, die für eine stabiles Ausgangssignal sorgen, sind ebenfalls denkbar.

Um aus dem zweiten Ausgangssignal S2 einen Anteil, der das galvanisch getrennt übertragene Datensignal darstellt, von etwaigen im zweiten Ausgangssignal S2 enthaltenen Störimpul- sen, die durch etwaige unterschiedliche Schaltschwellen an dem dritten Signaleingang E3 und dem vierten Signaleingang E4 verursacht werden, zu filtern, wird das zweite Ausgangssignal S2 einem Filter RC, der ebenfalls Teil der Ausgangsstufe AS ist, zugeführt.

Der Filter RC stellt einen Tiefpaß dar, der aus einer bekann- ten Zusammenschaltung von einem dritten Widerstand R3 und ei- nem vierten Kondensator C4 aufgebaut ist. Der Widerstandswert

sowie der Kapazitätswert des Kondensators sind dabei so di- mensioniert, daß die zum galvanisch getrennt übertragenen Da- tensignal vergleichsweise hochfrequenten Störimpulse aus dem zweiten Ausgangssignal herausgefiltert werden, so daß ein drittes Ausgangssignal S3 zwischen dem dritten Widerstand R3 und dem vierten Kondensator C4 anliegt.

Alternativ zur Realisierung des Filters RC durch einen Tief- paß aus Widerstand und Kondensator, kann auch eine geeignete Zusammenschaltung von Widerstand und Spule oder die Verwen- dung von integrierten geeigneten Filterbausteinen die gleiche Wirkung realisieren.

Da durch das Filtern im allgemeinen Abweichungen von der rechteckigen Impulsform der Signale entstehen können, ist dem zweiten XOR-Gatter G2 ein drittes XOR-Gatter G3 nachgeschal- tet, das an einem dritten Signalausgang A3 ein wiederherge- stelltes Datensignal DIN'ausgibt.

Dazu ist das dritte XOR-Gatter derart dem Filter RC nachge- schaltet, daß das dritte Ausgangssignal S3 an einen fünften Signaleingang E5 sowie das zweite Massepotential MP2 an einen sechsten Signaleingang E6 des dritten XOR-Gatters G3 angelegt wird.

Das dargestellte dritte XOR-Gatter G3 ist ebenfalls Teil der Ausgangsstufe AS. Es ist jedoch auch möglich, das dritte XOR- Gatter G3 in eine externe Beschaltung, an die die Ausgangs- stufe AS angeschlossen ist, zu verlagern ; d. h. die Ausgangs- stufe auch ohne das dritte XOR-Gatter G3 zu realisieren.

Alternativ zu den XOR-Gattern G1 bis G3 können auch andere logische Gatter, beispielsweise XNOR-Gatter, oder andere schaltungstechnische Anordnungen, die die gleichen Eigen- schaften haben, verwendet werden.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung SA zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß sie im besonderem Maße für eine parallele galvanisch getrennte Datenübertragung geeignet ist.

Charakteristisch für die parallele Datenübertragung ist das Vorhandensein mehrerer Datensignale, die parallel Übertragen werden sollen.

Um eine übersichtliche Darstellung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung SA zu ermöglichen, ist aber nur der Son- derfall der galvanisch getrennten Übertragung eines Datensi- gnals dargestellt, da für jedes weitere Datensignal-der Er- findung entsprechend-einzelne Elemente der Schaltungsanord- nung SA vielfach vorhanden sein müssen. Die notwendige Anzahl der einzelnen Elemente in Abhängigkeit von der Anzahl n der Datensignale soll in der folgenden Tabelle gezeigt werden : Tabelle 1 ElementV2GlMP1 EK RlR2G2 RC G3MP2 (Cl;C2;C3)(R3;C4) Anzahlnn1 nnn n n 1 (1;l;n)(n;n) Aus der Tabelle 1 ist ersichtlich, daß für die Realisierung der Entkopplungseinrichtung EK n+2 Kondensatoren Cl... Cn+2 (Entkopplungselemente) notwendig sind, für eine Realisierung der Entkopplungseinrichtung EK mittels induktiver Übertrager sind dagegen nur n+1 induktive Übertrager (Entkopplungsele- mente) notwendig, weil das erste Massepotential MP1 und das zweite Massepotential MP2 bereits durch den zur induktiven Übertragung erforderlichen Anschluß an die induktiven Über- trager voneinander galvanisch getrennt sind, dagegen bei der Realisierung der Entkopplungseinrichtung EK durch Kondensato- ren zur kapazitiven Übertragung jeweils nur das galvanisch getrennt zu übertragende Signal an einen Kondensator C2, C3,.., Cn+2 angeschlossen wird, so daß für die galvanische Trennung des ersten Massepotentials MP1 und des zweiten Mas- sepotentials MP2 ein zusätzlicher Kondensator Cl benötigt wird.