DE4438836A1 - Schaltungsanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 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.

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.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen und eine Schaltungsanordnung anzugeben, die folgende Leistungsmerkmale aufweist:

• 1. Ein Datenaustausch ist zwischen den Teilnehmern auch bei vertauschten Busanschlußleitungen möglich,
• 2. sowohl busversorgte als auch netzversorgte Teilnehmer kön­ nen an dem Bus betrieben werden,
• 3. größtmögliche Störfestigkeit und
• 4. einfacher und damit kostengünstiger Aufbau und
• 5. sichere Datenrekonstruktion auch bei unterschiedlicher Teilnehmerzahl.

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.

Durch die Merkmale des Anspruchs 2 wird sichergestellt, daß nur im Bedarfsfall Strom aus der Spannungsversorgung entnommen wird.

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.

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.

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.

Um kurzzeitige Störungen des gesendeten Telegramms auf dem Bus zu unterdrücken, sind die Merkmale des Anspruchs 6 vorgesehen.

Eine weitere Verbesserung der Störfestigkeit wird mit Hilfe der Hysteresebaugruppe nach Anspruch 7 erreicht.

Die Spannungsbegrenzungsbaugruppe R7, D5 gemäß Anspruch 8 stellt sicher, daß die Ausgangsspannung auf für den nachge­ schalteten Controller zulässige Werte begrenzt wird.

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.

Die busversorgten Teilnehmer können die Merkmale des Anspruchs 10 aufweisen, wodurch sich ein einfacher und damit kostengün­ stiger Aufbau ergibt.

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.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schal­ tungsanordnung und

Fig. 2 zugehörige Signalverläufe.

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.

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.

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.

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+.

Der Spannungsverlauf U+ wird über eine Tiefpaßfilterung mit einer relativ geringen Zeitkonstanten T2 störunanfälliger aus­ gelegt. Kurzzeitige Störungen werden unterdrückt, wenn gilt:
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.

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.

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.

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.

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.

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.

Claims (11)

1. Schaltungsanordnung zum Übertragen von binä­ ren Signalen (Signaltelegramm) zwischen meh­ reren an einen zweiadrigen Datenbus (2) ange­ schlossenen periphere Teilnehmern (3, 4), welche Sendeschalter (SE1, SE2) aufweisen, wobei an den Datenbus (2) eine Spannungs­ quelle (7) mit Vorwiderstand (Rv) angeschlos­ sen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus­ gangsspannung (Uo) der Spannungsquelle (7) und deren Vorwiderstand (Rv) derart dimen­ sioniert sind, daß sich einerseits ein für die Sendeschalter (SE1, SE2) ausreichend ho­ her Innenwiderstand ergibt und andererseits über je einen Brückengleichrichter (GL1, GL2) hinreichend viele Teilnehmer (3, 4) an­ schließbar sind, welche hinsichtlich der Spannungsversorgung als netzversorgte Teil­ nehmer (3) (Typ A) und/oder als busversorgte Teilnehmer (4) (Typ B) ausgebildet sind, wo­ bei busversorgte Teilnehmer (4) eine Span­ nungsregler(Reg 2)-Energiespeicher-Baugruppe mit einem Kondensator (C3) und gegebenenfalls einem Serienwiderstand zur Begrenzung des La­ destromes aufweisen.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsversorgungs­ einrichtung (1) weiterhin einen Spannungsreg­ ler Reg 1 aufweist, der die Ausgangsspannung Uo auf einen definierten Spannungswert UBus begrenzt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungswert Uo un­ ter Berücksichtigung der maximal möglichen Teilnehmerzahl festgelegt ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorange­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Teilnehmer (3, 4) eine Pulsformstufe OP, R2, R3, R4, R5, R7, R8, D5, C1, C2 auf­ weist, die den Spannungsverlauf U+ eines emp­ fangenen Signaltelegramms durch Vergleich mit einem "gleitenden" Referenzwert U- in einen "High-Low-Verlauf" umformt, wobei der Refe­ renzwert U- proportional einem Langzeitmit­ telwert der Spannung U+ ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulsformstufe OP, R2, R3, R4, R5, R7, R8, D5, C1, C2 eine Span­ nungsteiler-Tiefpaß-Baugruppe R2, R3, C1 mit der Zeitkonstanten T1 aufweist, deren Dimen­ sionierung den zeitlichen Verlauf des glei­ tenden Referenzwertes U- bestimmt.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulsformstufe OP, R2, R3, R4, R5, R7, R8, D5, C1, C2 eine Tiefpaß­ baugruppe mit der Zeitkonstanten T2 aufweist, die den Spannungsverlauf U+ des empfangenen Signaltelegramms bestimmt, wobei gilt T1 » T2.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ope­ rationsverstärker OP der Pulsformstufe OP, R2, R3, R4, R5, R7, R8, D5, C1, C2 mit einer Hysteresebaugruppe R5, R4 beschaltet ist.

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Aus­ gang des Operationsverstärkers OP mit einer Spannungsbegrenzungsbaugruppe R7, D5 beschal­ tet ist, wobei der Ausgang des Operationsver­ stärkers OP über R7 mit einem RxD-Eingang ei­ nes Controllers (10, 10′) und über eine R7- D5-Kette mit einem Vdd-Eingang des Control­ lers (10, 10′) verbunden ist.

9. Schaltungsanordnung nach einem der vorange­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilnehmer (3, 4) hinsichtlich der Span­ nungsversorgung als netzversorgte Teilnehmer (3) (Typ A) und/oder als busversorgte Teil­ nehmer (4) (Typ B) ausgebildet sind.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß busversorgte Teilnehmer (4) eine Spannungsregler-Reg2-Energiespei­ cher-Baugruppe mit einem Kondensator C3 und gegebenenfalls einem Serienwiderstand zur Be­ grenzung des Ladestromes aufweisen.

11. Schaltungsanordnung nach einem der vorange­ henden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Einsatz bei einem modularen Temperaturregel­ system einer Heizungsanlage, wobei busver­ sorgte Teilnehmer (4), beispielsweise Raum­ temperaturregler, und netzversorgte Teilneh­ mer (3), beispielsweise Kessel und Pumpen, vorgesehen sind.