DE4228733A1 - Teilnehmersystem mit mehreren durch elektrische Geräte gebildeten Teilnehmern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Teilnehmersystem mit mehreren durch elektrische Geräte gebildeten Teilnehmern, die über je eine Schnittstelle an einen gemeinsamen, durch Lichtwellen­ leiter gebildeten Bus angeschlossen sind.

In einem solchen Teilnehmersystem sind verschiedenartige elektrische und elektronische Geräte miteinander vernetzt und tauschen über den gemeinsamen Bus untereinander Informationen aus. Beispielsweise sind in Kraftfahrzeugen Audio-Signalquel­ len wie Radioempfänger, Kassettenrecorder oder CD-Spieler einerseits miteinander und andererseits mit Audiosenken wie Verstärker-Lautsprecher-Kombinationen verbunden. Auch Geräte­ komponenten, die der umfangreichen Steuerung und Überwachung von Fahrzeugfunktionen dienen, können in ein solches Netzwerk eingebunden sein. Damit alle Teilnehmer des Systems miteinan­ der kommunizieren können, wird der Bus vorzugsweise in sich geschlossen als Schleife ausgebildet. Jede Teilnehmerkompo­ nente ist also mit einem ankommenden Lichtwellenleiterab­ schnitt und mit einem abgehenden Lichtwellenleiterabschnitt verbunden. In der Schnittstelle jeder Teilnehmerkomponente werden die ankommenden Lichtsignale in elektrische Signale umgesetzt, erforderlichenfalls ausgewertet und modifiziert sowie anschließend in optische Signale umgesetzt, die über den abgehenden Lichtwellenleiterabschnitt weitergesendet wer­ den. Der Lichtweg ist also an jeder einzelnen Teilnehmerkom­ ponente unterbrochen und wird durch die Funktion der betref­ fenden Teilnehmerkomponente mit ihrer die elektrooptischen Wandler enthaltenden Schnittstelle bezüglich des Signalflus­ ses überbrückt.

In einem solchen Teilnehmersystem besteht zunächst ein Bedarf für die einfache und flexible Ankopplung verschiedenartiger Teilnehmerkomponenten durch ein einheitliches Anschlußkon­ zept. Dies wird bei dem erfindungsgemäßen Teilnehmersystem dadurch erreicht, daß die Schnittstellen jeweils einen Kon­ nektorblock umfassen, der elektrische Kontakte zur Verbindung mit dem zugehörigen Gerät, einen Lichtwellenleitereingang und einen Lichtwellenleiterausgang zur Einfügung in den Lichtwel­ lenleiter aufweist, und daß dem Lichtwellenleitereingang ein elektrooptischer Wandler zur Umsetzung von über den Bus an­ kommenden Lichtsignalen in zu den elektrischen Kontakten wei­ tergeleitete elektrische Signale und dem Lichtwellenleiter­ ausgang ein elektrooptischer Wandler zur Umsetzung der von den elektrischen Kontakten kommenden elektrischen Signale in auf dem Bus abgehende Lichtsignale zugeordnet ist. Bei dem erfindungsgemäßen Teilnehmersystem sind also wichtige Schnittstellenfunktionen in den Konnektorblock verlagert. Die einzelnen Geräte müssen daher nicht für den Betrieb an einem optischen Bussystem ausgelegt werden. Der Lichtwellenleiter bildet mit den einzelnen Konnektorblöcken ein abgeschlossenes System, das nach außen nur über elektrische Kontakte kommuni­ ziert. Die Konnektorblöcke können als einheitliche Standard- Steckverbindungsteile ausgebildet sein, so daß die mit einem komplementären Steckverbindungselement versehenen Teilnehmer­ geräte allein durch Herstellen einer einzigen Steckverbindung an das gemeinsame Bussystem angeschlossen werden können.

Wenn aber in einem Teilnehmersystem mit zu einer Schleife geschlossenem Bus eine beliebige Teilnehmerkomponente aus­ fällt, so ist der Signalfluß auf dem gesamten Bus unterbro­ chen, und das gesamte Teilnehmersystem kann ausfallen. Dies ist eine Konsequenz der monodirektionalen Signalübertragung jeweils von einer Teilnehmerkomponente zur nächsten, wobei wegen der Unterbrechung des optischen Signalweges an jeder Teilnehmerkomponente deren einwandfreie Funktion zumindest hinsichtlich der Entgegennahme und Weitergabe von Signalen vorausgesetzt werden muß.

Bei dem erfindungsgemäßen Teilnehmersystem wird dieses Pro­ blem dadurch behoben, daß in dem Konnektorblock der optische Weg zwischen Lichtwellenleitereingang und Lichtwellenleiter­ ausgang überbrückt ist, wenn kein elektrisches Gerät ange­ schlossen oder dieses defekt ist, und unterbrochen ist, wenn ein elektrisches Gerät angeschlossen und funktionsfähig ist. Im Ruhezustand, d. h. bei nicht angeschlossenem Gerät oder inaktivem Gerät, ist also der Lichtwellenleiter innerhalb des Konnektors überbrückt, so daß eine Signalübertragung gewähr­ leistet ist. Nur ein an den Konnektorblock angeschlossenes und zumindest hinsichtlich der Signalannahme und -weiterlei­ tung funktionstüchtiges Gerät kann eine Unterbrechung des optischen Weges innerhalb eines Konnektorblockes bewirken.

Ein geeigneter Konnektorblock enthält gemäß einer vorteilhaf­ ten Weiterbildung einen optischen Schalter zwischen Lichtwel­ lenleitereingang und Lichtwellenleiterausgang. Dieser opti­ sche Schalter kann zwei Schaltzustände einnehmen, nämlich einen ersten Zustand, in dem der optische Weg zwischen Licht­ wellenleitereingang und Lichtwellenleiterausgang überbrückt ist, und einen zweiten Schaltzustand, in dem der optische Weg zwischen Lichtwellenleitereingang und Lichtwellenleiteraus­ gang unterbrochen ist. Im Ruhezustand nimmt der Schalter den ersten Schaltzustand ein; nur durch ein von dem zugehörigen Gerät kommendes Steuersignal kann der Schalter in seinen zweiten Schaltzustand umgesteuert werden. Wenn das Gerät so konzipiert ist, daß es das Steuersignal nur dann abgeben kann, wenn zumindest seine Funktion der Signalannahme und Signalweitergabe gewährleistet ist, wird die Funktion des gesamten Bussystems durch den Ausfall einer einzelnen Teil­ nehmerkomponente nicht gefährdet.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen angegeben.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform des Teilneh­ mersystems und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 schematisch ein zu einem Ring geschlossenes Bussystem, dessen Bus als Lichtwellenleiter ausgebildet ist, an den vier Teilnehmerkomponenten angeschlossen sind;

Fig. 2 einen an eine Teilnehmerkomponente angeschlossenen Konnektorblock, der in dem Teilnehmersystem Verwen­ dung findet;

Fig. 3 den von der Teilnehmerkomponente gelösten Konnektor­ block;

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer möglichen Ausfüh­ rungsform eines optischen Schalters für den Konnek­ torblock; und

Fig. 5 eine Ausführungsvariante des Konnektorblocks.

Bei dem in Fig. 1 schematisch gezeigten Teilnehmersystem sind vier Teilnehmerkomponenten 10, 12, 14, 16, bei denen es sich um elektrische oder elektronische Geräte handelt, an einen zu einem Ring geschlossenen gemeinsamen Bus angeschlossen, der aus vier Lichtwellenleiterabschnitten 18, 20, 22, 24 besteht. Der Anschluß jeder Teilnehmerkomponente 10, 12, 14, 16 er­ folgt mittels eines Konnektorblocks 30, der für alle Teilneh­ merkomponenten gleich ausgebildet ist und einen Lichtwellen­ leitereingang 30a sowie einen Lichtwellenleiterausgang 30b aufweist (Fig. 2, 3 und 5). Jeder Konnektorblock 30 weist ferner eine Reihe von elektrischen Kontakten auf, die der Verbindung mit der zugehörigen Teilnehmerkomponente dienen. Bei der in den Fig. 1, 2 und 3 gezeigten Ausführung sind fünf elektrische Kontakte vorgesehen, die folgende Funktion haben:

Ein erster Kontakt 1 führt ein Massepotential;
ein zweiter Kontakt 2 führt die an das betreffende elektri­ sche oder elektronische Gerät anzulegenden elektrischen Si­ gnale;
ein dritter Kontakt 3 führt die von dem Gerät ausgehenden elektrischen Signale;
ein vierter Kontakt 4 führt eine Versorgungsspannung;
ein fünfter Kontakt 5 führt ein Steuersignal aus dem ange­ schlossenen Gerät zum Konnektorblock 30.

Der Konnektorblock 30 enthält zwei elektrooptische Wandler 40, 42. Der erste elektrooptische Wandler 40 setzt die je­ weils über einen Lichtwellenleiterabschnitt ankommenden opti­ schen Signale in elektrische Signale um, die am elektrischen Kontakt 2 ausgegeben werden. Der zweite elektrooptische Wand­ ler 42 setzt die am elektrischen Kontakt 3 ankommenden elek­ trischen Signale in optische Signale um, die in den abgehen­ den Lichtwellenleiterabschnitt eingespeist werden.

Jeder Konnektorblock 30 ist ferner mit einem optischen Schal­ ter ausgestattet. Dieser in den Fig. 2 und 3 allgemein mit 50 bezeichnete optische Schalter umfaßt einen translatorisch verschiebbaren Lichtwellenleiterabschnitt 52, einen Spiegel­ körper 54 mit zwei einen rechten Winkel bildenden Spiegelflä­ chen, der mit dem Lichtwellenleiterabschnitt 50 gekoppelt ist, und einen elektromagnetischen Antrieb 56, der durch das zwischen den elektrischen Kontakten 1 und 5 anliegende Steu­ ersignal angesteuert werden kann. Im aberregten Zustand des elektromagnetischen Antriebs 56, beispielsweise bei von dem betreffenden Gerät 14 gelöstem Konnektorblock (Fig. 1 und 3), befindet sich der Lichtwellenleiterabschnitt 50 in einer Stellung, in welcher er den Lichtwellenleitereingang 30a mit dem Lichtwellenleiterausgang 30b verbindet, so daß eine nahe­ zu verlustfreie Übertragung der optischen Signale durch den Konnektorblock 30 hindurch erfolgt. Nur bei aufgestecktem Konnektorblock und Anwesenheit eines Steuersignals zwischen den elektrischen Kontakten 1 und 5 wird der elektromagneti­ sche Antrieb 56 erregt und bewegt den Lichtwellenleiterab­ schnitt 50 mit dem Spiegelkörper 54 in die in Fig. 2 gezeigte Stellung, in welcher der optische Weg zwischen dem Lichtwel­ lenleitereingang 30a und dem Lichtwellenleiterausgang 30b unterbrochen ist. In dieser Stellung bewirkt aber nun der Spiegelkörper 54 mit seinen zwei rechtwinklig zueinanderste­ henden Spiegelflächen eine Umlenkung der Lichtwege vom Licht­ wellenleitereingang 30a zu dem elektrooptischen Wandler 40 und von dem elektrooptischen Wandler 42 zu dem Lichtwellen­ leiterausgang 30b. Die Kontinuität der Signalübertragung wird nun durch das jeweils angeschlossene elektrische oder elek­ tronische Gerät gewährleistet. Falls eines der so angeschlos­ senen Geräte defekt wird, fällt auch das Ansteuersignal für den elektromagnetischen Antrieb im Konnektorblock fort, so daß der optische Schalter selbsttätig wieder den in Fig. 3 gezeigten Ruhezustand einnimmt.

Für den optischen Schalter 50 kommen verschiedene Ausfüh­ rungen in Betracht. Die Fig. 4 zeigt eine Alternative zu der in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform. Bei der Aus­ führungsform nach Fig. 4 tritt der vom Lichtwellenleiterein­ gang 30a kommende Lichtstrahl senkrecht in die große Basis­ fläche eines allgemein trapezförmigen Prismas 60 ein, das aus zwei symmetrischen Teilen 60a, 60b besteht. Der einfallende Lichtstrahl erfährt eine Totalreflexion an der Innenseite der benachbarten Schrägfläche des Prismenteils 60a und wird senk­ recht zur Einfallsrichtung umgelenkt, bis er auf die Innen­ seite der gegenüberliegenden Schrägfläche des Prismenteils 60b trifft und dort durch Totalreflexion parallel zum ankom­ menden Strahl umgelenkt wird und senkrecht aus der großen Basisfläche des Prismas 60 austritt. In dem schmalen Spalt, durch den die Prismenteile 60a, 60b getrennt sind, ist jedoch ein optischer Verschluß 62 verschiebbar angeordnet. Der opti­ sche Verschluß 62 wird durch einen elektromechanischen An­ trieb 64 in diesen Spalt hinein bzw. aus diesem herausbewegt. Der elektrooptische Wandler 40 ist an der Schrägfläche des Prismenteils 60a und der elektrooptische Wandler 42 an der Schrägfläche des Prismenteils 60b angeordnet. Je nach der Stellung des optischen Verschlusses 62 ist der optische Si­ gnalweg zwischen ankommendem und abgehendem Lichtstrahl un­ terbrochen oder durchgeschaltet.

Bei einer Variante der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform ist das Prisma allgemein rautenförmig mit parallelen Schräg­ flächen, so daß der ankommende Lichtstrahl parallel versetzt in derselben Richtung aus dem Prisma austritt.

Andere mögliche Ausführungen eines elektrooptischen Schalters beruhen auf diversen elektrooptischen Effekten, so daß mecha­ nisch bewegte Teile entfallen können, beispielsweise die Ver­ wendung von Flüssigkristallen, die unmittelbar durch ein elektrisches Signal angesteuert werden können.

Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform eines Konnektor­ blocks sind zusätzlich zu den bisher angenommenen fünf Kon­ takten zwei weitere Kontakte 6, 7 vorgesehen, die der Zufuhr einer Versorgungsspannung an die verschiedenen Teilnehmerkom­ ponenten dienen. Aus dieser Versorgungsspannung kann die zwi­ schen den elektrischen Kontakten 1 und 4 anliegende Betriebs­ spannung für die elektrooptischen Wandler 40, 42 und den An­ trieb 56 des Konnektorblocks 30 abgeleitet werden. Der Kon­ nektorblock 30 weist somit die elektrischen Kontakte 1 bis 7 auf und ist mit den Lichtwellenleiterabschnitten 20, 22 sowie mit zwei elektrischen Leitern 70, 72 verbunden. Alle Elemente des Konnektorblocks 30 können in ein genormtes Steckergehäuse integriert werden, so daß die anzuschließenden elektrischen oder elektronischen Geräte lediglich mit einem komplementären Steckverbindungsteil ausgerüstet werden müssen.

Es versteht sich, daß die Anzahl von Teilnehmerkomponenten wesentlich größer sein kann als bei dem in Fig. 1 angenomme­ nen Beispiel.

Claims (12)

1. Teilnehmersystem mit mehreren durch elektrische Geräte (10, 12, 14, 16) gebildeten Teilnehmern, die über je eine Schnittstelle an einen gemeinsamen, durch einen Lichtwellen­ leiter (18, 20, 22, 24) gebildeten Bus angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittstellen jeweils einen Konnektorblock (30) umfassen, der elektrische Kontakte (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7) zur Verbindung mit dem zugehörigen Gerät (10, 12, 14, 16), einen Lichtwellenleitereingang (30a) und einen Lichtwellenleiterausgang (30b) zur Einfügung in den Lichtwel­ lenleiter (18, 20, 22, 24) aufweist, und daß dem Lichtwellen­ leitereingang (30a) ein elektrooptischer Wandler (40) zur Umsetzung von über den Bus ankommenden Lichtsignalen in zu den elektrischen Kontakten (2) weitergeleitete elektrische Signale und dem Lichtwellenleiterausgang (30b) ein elektroop­ tischer Wandler (42) zur Umsetzung der von den elektrischen Kontakten (3) kommenden elektrischen Signale in auf dem Bus abgehende Lichtsignale zugeordnet ist.

2. Teilnehmersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bus (18, 20, 22, 24) eine geschlossene Schleife bil­ det, auf dem die Lichtsignale monodirektional übertragen wer­ den.

3. Teilnehmersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in dem Konnektorblock (30) der optische Weg zwischen Lichtwellenleitereingang (30a) und Lichtwellenlei­ terausgang (30b) überbrückt ist, wenn kein elektrisches Gerät (10, 12, 14, 16) angeschlossen oder dieses defekt ist, und unterbrochen ist, wenn ein elektrisches Gerät angeschlossen und funktionsfähig ist.

4. Konnektorblock zur Verwendung in einem Teilnehmersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß er als standardisiertes Steckverbindungsteil ausge­ bildet ist und wenigstens die folgenden elektrischen Kontakte

• - einen Masseanschluß (1),
• - wenigstens einen Stromversorgungsanschluß (4, 6, 7),
• - einen Signaleingang (2) und
• - einen Signalausgang (3)

sowie ferner zwei Lichtwellenleiteranschlüsse (30a, 30b) und zwei elektrooptische Wandler (40, 42) aufweist.

5. Konnektorblock nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein optischer Schalter (50) zwischen Lichtwellenleiter­ eingang (30a) und Lichtwellenleiterausgang (30b) angeordnet ist, daß dieser Schalter (50) zwei Schaltzustände einnehmen kann,

• - einen ersten Schaltzustand, in dem der optische Weg zwi­ schen Lichtwellenleitereingang (30a) und Lichtwellenleiter­ ausgang (30b) überbrückt ist, und
• - einen zweiten Schaltzustand, in dem der optische Weg zwi­ schen Lichtwellenleitereingang (30a) und Lichtwellenleiter­ ausgang (30b) unterbrochen ist;

daß der Schalter (50) im Ruhezustand den ersten Schaltzustand einnimmt sowie durch ein von dem zugehörigen Gerät (10, 12, 14, 16) kommendes Steuersignal in den zweiten Schaltzustand umsteuerbar ist und daß die elektrischen Kontakte einen wei­ teren Anschluß (5) für das Steuersignal umfassen.

6. Konnektorblock nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Schalter (50) ein optisches Überbrückungs­ element (52) aufweist, das mechanisch zwischen einer ersten Stellung, in der es den Lichtwellenleitereingang (30a) mit dem Lichtwellenleiterausgang (30b) verbindet, und einer zwei­ ten Stellung, in der es den optischen Weg zwischen Lichtwel­ lenleitereingang (30a) und Lichtwellenleiterausgang (30b) unterbricht, beweglich ist.

7. Konnektorblock nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Überbrückungselement durch einen beweglichen Lichtleiterabschnitt (52) und mit diesem gekoppelte optische Umlenkmittel (54) gebildet ist, die den optischen Weg zu den elektrooptischen Wandlern (40, 42) umlenken.

8. Konnektorblock nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Schalter ein optisches Überbrückungselement (60) aufweist, das ortsfest zwischen den Lichtwellenleiteran­ schlüssen angeordnet ist und einen steuerbaren optischen Ver­ schluß (62) sowie optische Umlenkmittel zur Strahlumlenkung zu den elektrooptischen Wandlern (40, 42) aufweist.

9. Konnektorblock nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die optischen Umlenkmittel durch Spiegelflächen gebildet sind.

10. Konnektorblock nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die optischen Umlenkmittel durch totalreflek­ tierende Flächen gebildet sind.