DE102009004973A1

DE102009004973A1 - Energy and data transmission system for providing data coupled electrical power supply to e.g. sensor, has regulating devices regulating output voltages of lines so that current changes within bus subscriber are compensated

Info

Publication number: DE102009004973A1
Application number: DE200910004973
Authority: DE
Inventors: Alexander Flocke; Manfred Herz
Original assignee: IC Haus GmbH
Current assignee: IC Haus GmbH
Priority date: 2009-01-14
Filing date: 2009-01-14
Publication date: 2010-07-15

Abstract

The system (5) has a transmission medium (80) including two lines (83, 85). A subscriber (30) has an integrated circuit (50) including a transmitting and receiving device for transmitting and receiving data according to a predetermined communications protocol and a decoupling device for providing a supply direct voltage. The decoupling device is an integral part of the circuit. The lines are provided with respective regulating devices. The regulating devices regulate output voltages of the lines so that the current changes within the bus subscriber are compensated.

Description

Die Erfindung betrifft ein Energie- und Datenübertragungssystem zur datenentkoppelten Energieversorgung von Busteilnehmern, wie zum Beispiel Sensoren und/oder Aktoren. Ferner betrifft die Erfindung einen Busteilnehmer zum Einsatz in einem solchen Energie- und Datenübertragungssystem.The The invention relates to an energy and data transmission system for the data-decoupled energy supply of bus subscribers, such as for example, sensors and / or actuators. Furthermore, the invention relates a bus subscriber for use in such an energy and data transmission system.

In der Automatisierungstechnik werden häufig Feldbussysteme eingesetzt, welche einen Feldbus aufweisen, an den mehrere Busteilnehmer, wie zum Beispiel Master- und Slaveeinrichtungen angeschlossen sind. Sowohl der Datenaustausch zwischen den Busteilnehmern als auch die Energieversorgung der Busteilnehmer kann über den Feldbus erfolgen.In Automation technology often becomes fieldbus systems used, which have a field bus to which several bus subscribers, such as master and slave devices are connected. Both the data exchange between the bus participants and the Power can be supplied to the bus participants via the fieldbus.

Ein bekanntes Beispiel für ein solches Feldbussystem ist das Bussystem gemäß dem ASI(Aktor-Sensor-Interface)-Standard. Das ASI-System baut auf einem zweiadrigen Bus auf, an den mehrere Busteilnehmer, wie zum Beispiel eine Mastereinrichtung und mehrere Slaveeinrichtungen angeschlossen werden können. Die Busteilnehmer weisen jeweils einen Schnittstellenbaustein auf, der als integrierte Schaltung realisiert ist, über den die Busteilnehmer an den Bus angeschlossen werden. Die Versorgungsenergie wird gemeinsam mit den Daten, die als Spannungspulse der Versorgungsspannung aufmoduliert werden, über den Bus zu den Busteilnehmern übertragen. Demzufolge müssen die Busteilnehmer in der Lage sein, die Versorgungsenergie und die aufmodulierten Daten voneinander zu trennen. Eine Maßnahme zur Trennung der Versorgungsenergie und der Daten ist aus der DE 102 57 632 B4 bekannt. Danach weist jede Slaveeinrichtung eine passive, symmetrische Entkopplungseinrichtung auf, die aus zwei separaten, außerhalb der integrierten Schaltung angeordneten Koppelinduktivitäten besteht. Jede Koppelinduktivität ist mit einem Busleiter des zweiadrigen Busses und einem Anschluss eines Aktors oder Sensors, der Bestandteil der Slaveeinrichtung ist, verbunden. Dank der bekannten Entkopplungseinrichtung können die Busteilnehmer über den zweiadrigen Systembus sozusagen datenentkoppelt mit Energie versorgt werden. Die bekannte passive Entkopplungseinrichtung benötigt jedoch externe Induktivitäten, die zu einem komplexen und teuren Busteilnehmer führen.A well-known example of such a fieldbus system is the bus system according to the ASI (Actuator Sensor Interface) standard. The ASI system is based on a two-wire bus to which several bus users, such as a master device and several slave devices can be connected. The bus users each have an interface module, which is realized as an integrated circuit, via which the bus users are connected to the bus. The supply energy is transmitted along with the data, which are aufmoduliert as voltage pulses of the supply voltage via the bus to the bus participants. Consequently, the bus subscribers must be able to separate the supply energy and the modulated data from each other. A measure for the separation of the supply energy and the data is from the DE 102 57 632 B4 known. Thereafter, each slave device has a passive, symmetrical decoupling device which consists of two separate coupling inductors arranged outside the integrated circuit. Each coupling inductance is connected to a bus conductor of the two-wire bus and a terminal of an actuator or sensor which is part of the slave device. Thanks to the known decoupling device, the bus subscribers can be supplied with data via the two-wire system bus, so to speak, data-decoupled. The known passive decoupling device, however, requires external inductances, which lead to a complex and expensive bus subscriber.

Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, einen kostengünstigeren und kompakteren Busteilnehmer zu schaffen, in dem weniger diskrete Bauteile verwendet werden.Of the Invention is therefore the object of a cost-effective and to create more compact bus subscribers in the less discrete Components are used.

Ein Kerngedanke der Erfindung ist darin zu sehen, einen Busteilnehmer mit einer leistungsfähigeren Entkopplungseinrichtung auszustatten, die Bestandteil einer integrierten Schaltung ist, über welche der Busteilnehmer an ein zweiadriges Übertragungsmedium angeschlossen werden kann. Die integrierte Entkopplungseinrichtung umfasst zwei Regeleinrichtungen, die jeweils einem der beiden Leiter des Übertragungsmediums zugeordnet sind. Die beiden Regeleinrichtungen sorgen dafür, dass zum Einen die Versorgungsenergie von den am Busteilnehmer ankommenden Daten getrennt wird und dass zum Anderen eine Beeinträchtigung der Datenübertragung durch Stromänderungen im Busteilnehmer verhindert wird.One The core idea of the invention is to be seen in a bus subscriber equipped with a more efficient decoupling device, which is part of an integrated circuit, via which the bus subscribers to a two-wire transmission medium can be connected. The integrated decoupling device includes two control devices, each one of the two conductors associated with the transmission medium. The two control devices ensure that, on the one hand, the supply energy of the data arriving at the bus subscriber is disconnected and that the Others an impairment of data transmission by Current changes in the bus station is prevented.

Das oben genannte technische Problem wird zum einen durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.The The above-mentioned technical problem is on the one hand by the characteristics of claim 1.

Danach ist ein Energie- und Datenübertragungssystem zur datenentkoppelten Energieversorgung von Busteilnehmern vorgesehen. Das Energie- und Datenübertragungssystem weist ein einen ersten und zweiten Leiter umfassendes Übertragungsmedium auf, an welches mehrere Busteilnehmer angeschlossen sind. Die Versorgungsenergie und Daten werden über das Übertragungsmedium gemeinsam übertragen. Wenigstens einer der Busteilnehmer, vorzugsweise jedoch jeder Busteilnehmer, weist eine integrierte Schaltung mit einer Sende- und Empfangseinrichtung zum Senden beziehungsweise Empfangen von Daten gemäß einem vorbestimmten Kommunikationsprotokoll sowie eine Entkopplungseinrichtung zum Bereitstellen einer Versorgungsgleichspannung auf. Die Entkopplungseinrichtung ist Bestandteil der integrierten Schaltung und weist eine erste, dem ersten Leiter zugeordnete Regeleinrichtung und eine zweite, dem zweiten Leiter zugeordnete Regeleinrichtung auf. Die beiden Regeleinrichtungen sind derart ausgebildet, dass ihre jeweilige Ausgangsspannung derart geregelt werden, dass Stromänderungen innerhalb des Busteilnehmers kompensiert werden, so dass eine im Wesentlichen fehlerfreie Datenübertragung innerhalb des Energie- und Datenübertragungssystems gewährleistet ist.After that is an energy and data transmission system for data decoupled Energy supply provided by bus subscribers. The energy and Data transmission system has a first and second Head comprehensive transmission medium, to which several Bus subscribers are connected. The supply energy and data are transmitted together via the transmission medium. At least one of the bus subscribers, but preferably each bus subscriber, has an integrated circuit with a transmitting and receiving device for sending or receiving data according to a predetermined communication protocol and a decoupling device for providing a DC supply voltage. The decoupling device is part of the integrated circuit and has a first, the first conductor associated control device and a second, on the second conductor associated control device. The two Control devices are designed such that their respective Output voltage can be controlled so that current changes be compensated within the bus participant, so that in the Essentially error-free data transmission within the Energy and data transmission system ensures is.

Die besagten Stromänderungen sind von protokollgemäßen, definierten Stromänderungen zu unterscheiden, die zur Datenübertragung von der Sendeeinrichtung erzeugt werden. Bei den besagten Stromänderungen handelt es sich somit um Störsignale.The said changes of current are of a protocol, Distinguished power changes, which are used for data transmission be generated by the transmitting device. At the said current changes These are therefore interference signals.

Mit dem Begriff „datenentkoppelte Energieversorgung„ ist im weitesten Sinne eine Energieversorgung der Busteilnehmer über das Übertragungsmedium zu verstehen, ohne dass hierbei die eigentliche Datenübertragung beeinträchtigt wird.With the term "data-decoupled energy supply" is in the broadest sense, an energy supply to the bus subscribers to understand the transmission medium without this affected the actual data transfer becomes.

Der Begriff „Busteilnehmer” erfasst sowohl eine Master- oder Steuereinrichtung, eine Slaveeinrichtung, welche wenigstens eine Last, zum Beispiel wenigstens einen Sensor und/oder einen Aktor enthält, als auch eine Anschlusseinrichtung, an die wenigstens eine externe Last angeschlossen werden kann.The term "bus subscriber" detects both a master or control device, a slave device which ent at least one load, for example at least one sensor and / or an actuator ent holds, as well as a connection device to which at least one external load can be connected.

Angemerkt sei, dass es sich bei dem vorbestimmten Kommunikationsprotokoll um ein Kommunikationsprotokoll gemäß dem ASI-Standard handeln kann. In diesem Fall wird das Übertragungsmedium als symmetrischer, erdfreier Bus betrieben.noted be that it is the predetermined communication protocol a communication protocol according to the ASI standard can act. In this case, the transmission medium is called symmetrical, floating bus operated.

Weiterhin sei angemerkt, dass die Sendeeinrichtung der integrierten Schaltung vorzugsweise eine Stromquelle und die Empfangseinrichtung vorzugsweise mindestens einen Komparator zum Detektieren von Spannungspulsen enthält.Farther It should be noted that the transmitting device of the integrated circuit preferably a power source and the receiving device preferably at least one comparator for detecting voltage pulses contains.

Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist eine Energieversorgungseinrichtung zum Anlegen einer höheren und niedrigeren Gleichspannung an das Übertragungssystem sowie eine Modulationseinrichtung zum Aufmodulieren zu übertragender Daten als eine Folge von alternierenden Spannungspulsen auf die höhere und niedrigere Gleichspannung vorgesehen. Bei der Übertragung von Spannungspulsen wird eine maximale Frequenz, das heißt ein minimaler zeitlicher Abstand zwischen zwei aufeinander folgenden Spannungspulsen, und ein maximaler Spannungshub nicht überschritten. Die integrierte Entkopplungseinrichtung weist in diesem Fall eine an den ersten und zweiten Leiter des Übertragungsmedium angeschlossene Filtereinrichtung zum Unterdrücken von Spannungspulsen auf, um die höhere und niedrigere Gleichspannung zu liefern. Weiterhin weist die integrierte Schaltung eine Pegelanpassungseinrichtung auf, die eingangsseitig mit den Ausgängen der Filtereinrichtung und ausgangsseitig mit der ersten und zweiten Regeleinrichtung verbunden ist. Die Pegelanpassungseinrichtung liefert einen ersten und einen zweiten Sollwert für die jeweilige Regeleinrichtung derart, dass die erste Regeleinrichtung eine Ausgangsspannung erzeugt, deren Amplitude mindestens um den maximalen Spannungshub unterhalb der höheren Gleichspannung, welche an dem ersten Leiter anliegt, liegt, und dass die zweite Regeleinrichtung eine Ausgangsspannung erzeugt, deren Amplitude mindestens um den maximalen Spannungshub über der niedrigeren Gleichspannung, welche an dem zweiten Leiter anliegt, liegt.at An exemplary embodiment is a power supply device for applying a higher and lower DC voltage to the transmission system and a modulation device for modulating data to be transmitted as a consequence from alternating voltage pulses to the higher and lower ones DC voltage provided. When transmitting voltage pulses becomes a maximum frequency, that is, a minimum temporal Distance between two consecutive voltage pulses, and a maximum voltage swing is not exceeded. The integrated Decoupling device has in this case one to the first and second conductor of the transmission medium connected Filter device for suppressing voltage pulses to deliver the higher and lower DC voltage. Furthermore, the integrated circuit has a level adjusting device on the input side with the outputs of the filter device and connected on the output side with the first and second control device is. The level adjusting means provides a first and a second setpoint for the respective control device in such a way the first control device generates an output voltage whose Amplitude at least by the maximum voltage swing below the higher DC voltage applied to the first conductor, is, and that the second control device, an output voltage whose amplitude at least by the maximum voltage swing over the lower DC voltage applied to the second conductor, lies.

Die Merkmale „höhere Gleichspannung” und „niedrigere Gleichspannung” beziehen sich auf ein Bezugspotential, beispielsweise auf die Systemmasse. Mit erfasst werden soll auch der Fall, dass die niedrigere Spannung 0 Volt beträgt, d. h. auf Erdpotential liegt.The Features "higher DC voltage" and "lower DC DC voltage "refer to a reference potential, for example, on the system mass. It should also be recorded the case that the lower voltage is 0 volts, d. H. at ground potential.

Um eine zuverlässige, das heißt im Wesentlichen störungsfreie Datenübertragung sicherstellen zu können, enthält eine der beiden Regeleinrichtungen einen Spannungsfolger, der derart betrieben wird, dass die Ausgangsspannung der Regeleinrichtung konstant gehalten wird. Dies wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass die Regelzeit dieser Regeleinrichtung kürzer ist als der kleinste zeitliche Abstand zweier aufeinanderfolgender Spannungspulse. Die andere Regeleinrichtung weist eine geregelte Stromquelle auf, die verhindert, dass Stromänderungen des Busteilnehmers die Datenübertragung beeinträchtigen. Dies wird dadurch erreicht, dass die Regeleinrichtung dafür sorgt, dass im Busteilnehmer auftretende störende Stromänderungen langsamer sind als die durch die Systemspezifikation, beispielsweise die ASI-Spezifikation, maximal zugelassenen störenden Stromänderungen. Zu unterdrückende störende Stromänderungen können beim Ein- und Ausschalten des Sensors entstehen.Around a reliable, that is essentially trouble-free To ensure data transmission contains one of the two control devices a voltage follower, the like is operated, that the output voltage of the control device constant is held. This is preferably achieved in that the Control time of this control device is shorter than the smallest time interval between two successive voltage pulses. The other Control device has a regulated current source, which prevents that changes in the current of the bus device affect the data transmission. This is achieved by the fact that the control device for ensures that disturbing current changes occurring in the bus subscriber slower than the system specification, for example the ASI specification, maximum permitted disturbing current changes. Suppressive disturbing current changes can occur when the sensor is switched on and off.

Um Stromänderungen innerhalb des Busteilnehmer, die die Datenübertragung stören könnten, vorübergehend kompensieren zu können, weist der Busteilnehmer einen Energiespeicher, vorzugsweise einen Kondensator auf.Around Current changes within the bus subscriber, which is the data transmission could temporarily compensate to be able to, the bus subscriber has an energy storage, preferably a capacitor.

Das oben genannte technische Problem wird ebenfalls durch die Merkmale des Anspruchs 6 gelöst.The The above technical problem is also due to the features of claim 6 solved.

Danach ist ein Busteilnehmer zum Einsatz in einem Energie- und Datenübertragungssystem vorgesehen. Der Busteilnehmer ist zum Anschließen an ein, einen ersten und zweiten Leiter enthaltendes Übertragungsmedium ausgebildet, über welches die Versorgungsenergie und Daten gemeinsam übertragen werden. Der Busteilnehmer enthält eine integrierte Schaltung mit einer Sende- und Empfangseinrichtung zum Senden beziehungsweise Empfangen von Daten über das Übertragungsmedium gemäß einem vorbestimmten Kommunikationsprotokoll sowie eine Entkopplungseinrichtung zum Bereitstellen einer Gleichspannung. Die Gleichspannung wird aus der über das Übertragungsmedium übertragenen Versorgungsenergie gewonnen. Die Entkopplungseinrichtung ist Bestandteil der integrierten Schaltung und weist eine erste, dem ersten Leiter zugeordnete Regeleinrichtung sowie eine zweite, dem zweiten Leiter zugeordnete Regeleinrichtung auf. Beide Regeleinrichtungen regeln ihre jeweilige Ausgangsspannung derart, dass Stromänderungen im Busteilnehmer kompensiert werden, so dass eine im Wesentlichen fehlerfreie Datenübertragung gewährleistet ist.After that is a bus user for use in an energy and data transmission system intended. The bus participant is to be connected to a, a transmission medium containing first and second conductors trained, over which the supply energy and data be transferred together. The bus participant contains an integrated circuit with a transmitting and receiving device for sending or receiving data via the transmission medium according to a predetermined communication protocol and a decoupling device for providing a DC voltage. The DC voltage is from the transmitted over the transmission medium supply energy won. The decoupling device is part of the integrated Circuit and has a first, the first conductor associated control device and a second, the second conductor associated control device on. Both control devices regulate their respective output voltage such that current changes in the bus subscriber compensated be, allowing a substantially error-free data transmission is guaranteed.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:following the invention is based on an embodiment in Connection with the accompanying drawings explained in more detail. Show it:

1 ein beispielhaftes Energie- und Datenübertragungssystem gemäß dem ASI-Standard, 1 an exemplary energy and data transmission system according to the ASI standard,

2 das Blockschaltbild einer in 1 gezeigten Slaveeinrichtung, und 2 the block diagram of an in 1 ge showed slave device, and

3 den örtlichen Verlauf der positiven und negativen Busspannung innerhalb der in 2 gezeigten Slaveeinrichtung. 3 the local course of the positive and negative bus voltage within the in 2 shown slave device.

1 zeigt ein beispielhaftes Energie- und Datenübertragungssystem 5, welches gemäß dem ASI-Standard implementiert sein kann. Da der ASI-Standard allgemein bekannt und in der Fachliteratur ausführlich beschrieben ist, wird im Folgenden der ASI-Standard nur insoweit erläutert, wie er für das vorliegende Ausführungsbeispiel von Bedeutung ist. 1 shows an exemplary power and data transmission system 5 , which may be implemented according to the ASI standard. Since the ASI standard is generally known and described in detail in the specialist literature, the ASI standard is explained below only to the extent that it is important for the present embodiment.

Das beispielhafte Energie- und Datenübertragungssystem 5, nachfolgend auch kurz Bussystem genannt, verwendet ein symmetrisch und erdfrei betriebenes zweidrahtiges Übertragungsmedium 80, welches einen Busleiter 83 und einen Busleiter 85 aufweist. An die beiden Leiter 83 und 85 sind ein Netzteil 10 und mehrere Busteilnehmer 20, 30 und 70 angeschlossen. Das Netzteil 10 enthält eine Gleichspannungsquelle 12 und zwei Modulationsglieder 13 und 14, die in an sich bekannter Weise definierte Stromänderungen, die die zu übertragenden Daten darstellen, in ein Folge von alternierenden Spannungspulsen umsetzen und der von der Gleichspannungsquelle 12 gelieferten Versorgungsspannung aufmodulieren. Im vorliegenden Beispiel wird an den Busleiter 85 als höhere Gleichspannung eine positive Versorgungsgleichspannung Bus+, z. B. 15 Volt, und an den Busleiter 83 als niedrigere Gleichspannung eine negative Versorgungsgleichspannung Bus–, z. B. –15 Volt, angelegt. Der Busteilnehmer 20 ist beispielsweise als Mastereinrichtung ausgebildet, die eine SPS 22 enthalten kann. Über einen Schnittstellenbaustein 24, der als integrierte Schaltung 24 aufgebaut ist, ist die Mastereinrichtung 20 an den beiden Busleitern 83 und 85 angeschlossen. Der integrierte Schnittstellenbaustein 24 enthält in an sich bekannter Weise eine definiert ein- und ausschaltbare Stromquelle als Sendeeinrichtung, die gemäß dem ASI-Standard Daten in Form von definierten Stromänderungen über den symmetrisch betriebenen Bus 80 überträgt. Diese definierten Stromänderungen werden dann in dem Netzteil 10 in Spannungspulse umgesetzt. Weiterhin ist in der integrierten Schnittstelleneinrichtung 24 eine Empfangseinrichtung implementiert, die derart ausgebildet ist, dass sie Daten, die als Spannungspulse über den Bus 80 übertragen werden, empfangen und entsprechend auswerten kann. Der besseren Übersichtlichkeit wegen sind lediglich zwei weitere Busteilnehmer 30 und 70 gezeigt, die als Slaveeinrichtungen 30 und 70 fungieren. Die Slaveeinrichtungen 30 und 70 sind jeweils mittels eines Schnittstellenbausteins 50 beziehungsweise 76 an den Bus 80 angeschlossen. Beide Schnittstellenbausteine 50 und 76 sind als integrierte Schaltung ausgeführt. Im vorliegenden Beispiel weist die Slaveeinrichtung 30 einen an den Schnittstellenbaustein 50 angeschlossenen Sensor 40 auf, während die Slaveeinrichtung 70 einen an den Schnittstellenbaustein 76 angeschlossenen Aktor 72 enthält. Denkbar ist auch, dass an jeden integrierten Schnittstellenbaustein 50 bzw. 76 auch mehrere Sensoren und/oder Aktoren angeschlossen sein können. An den beiden Ausgangsanschlüssen der integrierten Schnittstellenbausteine 50 und 76 ist jeweils ein Kondensator 60 beziehungsweise 75 angeschlossen. Die Kondensatoren 60 und 75 sorgen dafür, dass in der jeweiligen Slaveeinrichtung 30 bzw. 70 auftretende störende Stromänderungen vorübergehend kompensiert werden, um eine Beeinträchtigung der Datenübertragung auf dem Bus 80 zu verhindern. Solche Stromänderungen können auftreten, wenn der Sensor 40 beziehungsweise der Aktor 72 ein- oder ausgeschaltet wird. Wie der integrierte Schnittstellenbaustein 24 der Mastereinrichtung 20 weisen auch die beiden integrierten Schnittstellenbausteine 50 und 76 in an sich bekannter Weise jeweils eine Stromquelle als Sendeeinrichtung und eine Empfangseinrichtung auf, die nicht dargestellt sind.The exemplary power and data transmission system 5 , also referred to below as the bus system, uses a symmetrical and floating two-wire transmission medium 80 which is a bus conductor 83 and a bus conductor 85 having. To the two leaders 83 and 85 are a power supply 10 and several bus participants 20 . 30 and 70 connected. The power supply 10 contains a DC voltage source 12 and two modulation members 13 and 14 which convert in a manner known per se defined current changes, which represent the data to be transmitted, in a series of alternating voltage pulses and that of the DC voltage source 12 modulate the supplied supply voltage. In the present example is to the bus conductor 85 as a higher DC voltage, a positive DC supply voltage Bus +, z. B. 15 volts, and to the bus conductor 83 as a lower DC voltage, a negative DC supply voltage bus, z. B. -15 volts applied. The bus participant 20 is for example designed as a master device, which is a PLC 22 may contain. Via an interface module 24 that as an integrated circuit 24 is constructed, is the master device 20 on the two bus conductors 83 and 85 connected. The integrated interface module 24 contains in a conventional manner a defined on and off switchable current source as a transmitting device, according to the ASI standard data in the form of defined current changes over the symmetrically operated bus 80 transfers. These defined power changes will then be in the power supply 10 converted into voltage pulses. Furthermore, in the integrated interface device 24 implemented a receiving device, which is designed such that it receives data as voltage pulses via the bus 80 can be transmitted, received and evaluated accordingly. For the sake of clarity, there are only two other bus subscribers 30 and 70 shown as slave devices 30 and 70 act. The slave devices 30 and 70 are each by means of an interface module 50 respectively 76 to the bus 80 connected. Both interface modules 50 and 76 are designed as an integrated circuit. In the present example, the slave device 30 one to the interface module 50 connected sensor 40 on while the slave device 70 one to the interface module 76 connected actuator 72 contains. It is also conceivable that to every integrated interface module 50 respectively. 76 also several sensors and / or actuators can be connected. At the two output terminals of the integrated interface modules 50 and 76 is each a capacitor 60 respectively 75 connected. The capacitors 60 and 75 make sure that in the respective slave device 30 respectively. 70 occurring disturbing current changes are temporarily compensated for an impairment of data transmission on the bus 80 to prevent. Such current changes can occur when the sensor 40 or the actor 72 is switched on or off. Like the integrated interface module 24 the master device 20 also have the two integrated interface blocks 50 and 76 in a conventional manner in each case a current source as a transmitting device and a receiving device, which are not shown.

Die integrierten Schnittstellenbausteine 50 und 76 der Slaveeinrichtung 30 beziehungsweise 70 weisen ferner eine Entkopplungseinrichtung auf, deren Aufbau in 2 detaillierter dargestellt ist. Angemerkt sei, dass eine entsprechende Entkopplungseinrichtung auch in dem Schnittstellenbaustein 24 der Mastereinrichtung 20 implementiert sein kann.The integrated interface blocks 50 and 76 the slave device 30 respectively 70 further comprise a decoupling device whose structure in 2 is shown in more detail. It should be noted that a corresponding decoupling device also in the interface module 24 the master device 20 can be implemented.

Wie bereits einleitend erwähnt, können die Slaveeinrichtungen 30 und 70 auch als Anschlusseinrichtung ausgebildet sein, an die Sensoren und/oder Aktoren extern angeschlossen werden können. In diesem Fall ist der integrierte Schnittstellenbaustein in der jeweiligen Anschlusseinrichtung enthalten.As already mentioned in the introduction, the slave devices can 30 and 70 Also be designed as a connection device to which sensors and / or actuators can be connected externally. In this case, the integrated interface module is contained in the respective connection device.

2 zeigt detaillierter den Aufbau der Slaveeinrichtungen, und zwar lediglich anhand der Slaveeinrichtung 30. 2 shows in more detail the structure of the slave devices, only by means of the slave device 30 ,

Der besseren Übersichtlichkeit wegen sind nur die für die Erfindung wesentlichen Bauteile der integrierten Schaltung 50 dargestellt. Insbesondere die Sende- und Empfangseinrichtungen sind nicht gezeigt.For the sake of clarity, only the components of the integrated circuit which are essential for the invention are shown 50 shown. In particular, the transmitting and receiving devices are not shown.

Die Slaveeinrichtung 30 wird über die integrierte Schaltung 50, der auch als integrierter Schnittstellenbaustein bezeichnet wird, an den Busleiter 85 und an den Busleiter 83 des symmetrischen Übertragungsmediums 80 angeschlossen. Eingangsseitig weist der integrierte Schnittstellenbaustein 50 ein Filter, vorzugsweise ein Tiefpassfilter 90 auf, das an die beiden Busleiter 85 und 83 angeschlossen wird. Das Filter 90 filtert die jeweils auf dem Leiter 83 und 85 liegenden Spannungspulse heraus und stellt an seinem einen Ausgang die auf dem Leiter 85 anliegende positive Gleichspannung Bus+ und an seinem anderen Ausgang die auf dem Leiter 83 anliegende negative Gleichspannung Bus– bereit. Die beiden Ausgänge des Filters 90 sind mit einer Pegelanpassungseinrichtung 100 verbunden, die an ihren beiden Ausgängen jeweils einen angepassten Gleichspannungs-Sollwert V_soll+ und V_soll– liefert. Die genaue Funktionsweise der Pegelanpassungseinrichtung 100 wird nachfolgend noch erläutert.The slave device 30 is about the integrated circuit 50 , which is also referred to as an integrated interface module, to the bus conductor 85 and to the bus conductor 83 of the symmetrical transmission medium 80 connected. On the input side, the integrated interface module points 50 a filter, preferably a low-pass filter 90 on, to the two bus conductors 85 and 83 is connected. The filter 90 filters each on the ladder 83 and 85 lying out voltage pulses and puts on his an exit on the ladder 85 positive DC voltage bus + and at its other output the on the conductor 83 applied negative DC voltage bus ready. The two outputs of the filter 90 are with a level adjustment device 100 connected, which supplies at its two outputs in each case an adapted DC voltage setpoint V _{soll +} and V _soll- . The exact operation of the level adjustment device 100 will be explained below.

Der Gleichspannungs-Sollwert V_soll+ wird dem Eingang einer Regeleinrichtung 120 zugeführt, die beispielsweise als Spannungsfolger ausgebildet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Regeleinrichtung 120 einen Differenzverstärker 122 und ein Schaltelement 124 auf. Das Schaltelement 124 kann als FET-Transistor ausgebildet sein. In diesem Fall wird der Gleichspannungs-Sollwert V_soll+ dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 122 zugeführt. Der Ausgang 126 der Regeleinrichtung 120 entspricht dem Drain-Anschluss des Transistors 124. Die am Ausgang 126 anliegende Ausgangsspannung wird auf den nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 122 zurück gekoppelt. Der Ausgang des Differenzverstärkers 122 ist mit dem Gateanschluss des Transistors 124 verbunden. Der Source-Anschluss des Transistors 124 ist mit dem Busleiter 85 verbunden. Der Ausgang 126 der Regeleinrichtung 120 ist mit einem ersten Eingang des Sensors 40 verbunden.The DC voltage setpoint V _{soll +} is the input of a control device 120 fed, which is designed for example as a voltage follower. In this embodiment, the control device 120 a differential amplifier 122 and a switching element 124 on. The switching element 124 can be designed as a FET transistor. In this case, the DC voltage setpoint V _{soll +} the inverting input of the differential amplifier 122 fed. The exit 126 the control device 120 corresponds to the drain terminal of the transistor 124 , The at the exit 126 applied output voltage is applied to the non-inverting input of the differential amplifier 122 coupled back. The output of the differential amplifier 122 is connected to the gate of the transistor 124 connected. The source terminal of the transistor 124 is with the bus conductor 85 connected. The exit 126 the control device 120 is with a first input of the sensor 40 connected.

Der von der Pegelanpassungseinrichtung 100 gelieferte Gleichspannungs-Sollwert V_soll– wird dem Eingang einer weiteren Regeleinrichtung 110 zugeführt. Die Regeleinrichtung 110 ist beispielsweise als geregelte Stromquelle ausgebildet. In diesem Fall weist sie einen Differenzverstärker 112 und ein Schaltelement 114 auf, welches wiederum als FET-Transistor ausgebildet sein kann. Der Ausgang des Differenzverstärkers 112 ist über ein RC-Glied 113 mit dem Gateanschluss des Transistors 114 verbunden. Das RC-Glied 113 legt die Regelzeit der Regeleinrichtung 110 derart fest, dass Stromänderungen in der Slaveeinrichtung 30 sich nicht störend auf die Datenübertragung auf dem Bus 80 auswirken. Der Ausgang 116 der Regeleinrichtung 110, der mit dem Drain-Anschluss des Transistors 114 zusammenfällt, ist mit dem nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 112 verbunden. Der Source-Anschluss des Transistors 114 ist mit dem Busleiter 83 verbunden. Der Ausgang 116 der Regeleinrichtung 110 ist ferner mit einem weiteren Eingang des Sensors 40 verbunden. Parallel zu den Eingängen des Sensors 40 ist der Kondensator 60 angeschlossen. Die zur Energieversorgung der Slaveeinrichtung 30 und insbesondere des Sensors 40 erforderliche Versorgungsspannung liegt nunmehr an den Ausgängen 116 und 126 an. Der Kondensator 60 wird ebenfalls über diese Versorgungsspannung aufgeladen. Das Tiefpassfilter 90, die Pegelanpassungseinrichtung 100 sowie die beiden Regeleinrichtungen 110 und 120 bilden zusammen die Entkopplungseinrichtung der integrierten Schaltung 50.The of the level adjustment device 100 Delivered DC voltage setpoint V _soll- is the input of another control device 110 fed. The control device 110 is designed, for example, as a regulated current source. In this case, it has a differential amplifier 112 and a switching element 114 on, which in turn can be designed as a FET transistor. The output of the differential amplifier 112 is via an RC element 113 to the gate of the transistor 114 connected. The RC element 113 sets the control time of the control device 110 so firm that current changes in the slave device 30 not disturbing the data transfer on the bus 80 impact. The exit 116 the control device 110 connected to the drain terminal of the transistor 114 coincides with the non-inverting input of the differential amplifier 112 connected. The source terminal of the transistor 114 is with the bus conductor 83 connected. The exit 116 the control device 110 is also connected to another input of the sensor 40 connected. Parallel to the inputs of the sensor 40 is the capacitor 60 connected. The power supply to the slave device 30 and in particular the sensor 40 required supply voltage is now at the outputs 116 and 126 at. The capacitor 60 is also charged via this supply voltage. The low pass filter 90 , the level adjusting device 100 as well as the two control devices 110 and 120 together form the decoupling device of the integrated circuit 50 ,

Die Funktionsweise des Energie- und Datenübertragungssystems 5 wird insbesondere hinsichtlich der Entkopplungseinrichtung der Slaveeinrichtung 30 anhand der 2 und 3 näher erläutert.The functioning of the energy and data transmission system 5 in particular with regard to the decoupling device of the slave device 30 based on 2 and 3 explained in more detail.

Angenommen sei, dass die Mastereinrichtung 20 Daten über den Bus 80 übertragen möchte. Die zu übertragenden Daten werden in Form von Stromänderungen von der Stromquelle der Mastereinrichtung 20 auf den Bus 80 gegeben, im Netzteil 10 in eine Folge von alternierenden Spannungspulsen umgesetzt und der Gleichspannung der Gleichspannungsquelle 12 mittels der Modulationsglieder 13 und 14 aufmoduliert. Die modulierte positive Gleichspannung Bus+ wird an den Busleiter 85 angelegt, während die modulierte negative Gleichspannung Bus– an den Busleiter 83 angelegt wird. An den beiden Eingängen der integrierten Schaltung 50 der Slaveeinrichtung 30, die in 2 schematisch durch die gestrichelte Linie a) markiert sind, liegen die in 3 lediglich abschnittsweise dargestellten ortsabhängigen Spannungsverläufe an. Die am Busleiter 85 anliegende modulierte Spannung wird dem ersten Eingang des Filters 90 zugeführt, während die am Busleiter 83 anliegende modulierte Spannung dem zweiten Eingang des Filters 90 zugeführt wird. Das Tiefpassfilter 90 filtert aus den modulierten Spannungen die die Daten übertragenden Spannungspulse heraus, so dass an den beiden Ausgängen des Filters 90, die in 2 durch die gestrichelte Linie b) markiert sind, die positive Gleichspannung Bus+ bzw. die negative Gleichspannung Bus– anliegen. Diese Spannungsverläufe sind wiederum in 3 an der mit b) gekennzeichneten Stelle dargestellt.Suppose that the master device 20 Data over the bus 80 would like to transfer. The data to be transmitted is in the form of current changes from the power source of the master device 20 on the bus 80 given in the power supply 10 converted into a sequence of alternating voltage pulses and the DC voltage of the DC voltage source 12 by means of the modulation elements 13 and 14 modulated. The modulated positive DC voltage Bus + is applied to the bus conductor 85 applied, while the modulated negative DC bus to the bus conductor 83 is created. At the two inputs of the integrated circuit 50 the slave device 30 , in the 2 are schematically marked by the dashed line a), lie in 3 only partially shown location-dependent voltage curves. The at the bus conductor 85 applied modulated voltage becomes the first input of the filter 90 fed while on the bus conductor 83 applied modulated voltage to the second input of the filter 90 is supplied. The low pass filter 90 From the modulated voltages it filters out the voltage pulses transmitting the data, so that at the two outputs of the filter 90 , in the 2 are marked by the dashed line b), the positive DC voltage Bus + or the negative DC voltage bus applied. These voltage curves are again in 3 represented at the point marked b).

Die Pegelanpassungseinrichtung 100 hat nunmehr die Aufgabe, die vom Filter 90 gelieferte positive Gleichspannung auf den Sollwert V_soll+ und negative Gleichspannung auf den Sollwert V_soll– einzustellen. Der Sollwert V_soll+ liegt um mindestens den maximalen Spannungshub unterhalb der positiven Gleichspannung Bus+, während der Sollwert V_soll– um mindestens den maximalen Spannungshub über der negativen Gleichspannung Bus– liegt. Der maximale Spannungshub gibt die maximal auftretende Amplitude der Spannungspulse an, welche gemäß dem verwendeten Kommunikationsprotokoll im Netzteil 10 erzeugt werden. Die entsprechende Spannungseinstellung ist in 2 symbolisch durch Gleichspannungsquellen 102 und 104 der Pegelanpassungseinrichtung 100 dargestellt. In 2 sind die Ausgänge der Pegelanpassungseinrichtung 100, an denen der Sollwert V_soll+ bzw. V_soll– anliegt, durch die gestrichelte Linie c) dargestellt. 3 zeigt die entsprechenden Sollwerte V_soll+ und V_soll– an der mit c) gekennzeichneten Stelle. Bei dem betrachteten Ausführungsbeispiel wird der positive Sollwert V_soll+ beispielsweise auf 12 Volt und der negative Sollwert V_soll– beispielsweise auf –12 Volt eingestellt.The level adjustment device 100 now has the task of the filter 90 delivered positive DC voltage to the setpoint V _{soll +} and negative DC voltage to the setpoint V set _- set. The setpoint V _{soll +} is at least the maximum voltage _swing below the positive DC bus +, while the setpoint V _soll- is at least the maximum voltage _swing above the negative DC bus. The maximum voltage swing indicates the maximum occurring amplitude of the voltage pulses, which according to the communication protocol used in the power supply 10 be generated. The corresponding voltage setting is in 2 symbolically by DC voltage sources 102 and 104 the level adjusting device 100 shown. In 2 are the outputs of the level adjusting device 100 to which the setpoint V _{soll +} or V _soll- is applied, represented by the dashed line c). 3 shows the corresponding setpoints V _{soll +} and V _soll- marked with c) place. In the considered embodiment, the positive setpoint V _{soll +,} for example, to 12 volts and the negative setpoint V _soll- for example, set to -12 volts.

Die Regeleinrichtung 120 sorgt dafür, dass die Ausgangsspannung am Ausgang 126 dem Sollwert V_soll+ folgt, so dass eine rippelfreie positive Ausgangsspannung entsteht. Hierzu wird die Regelzeit der Regeleinrichtung 120 derart eingestellt, dass sie kürzer als der kleinste zeitliche Abstand zweier aufeinanderfolgender Spannungspulse ist. Dadurch wird sichergestellt, dass der Transistor 124 so schnell angesteuert wird, dass die über den Leiter 85 ankommenden Spannungspulse nicht an den Ausgang 126 gelangen.The control device 120 ensures that the output voltage at the output 126 the setpoint V _{soll +} follows, so that a ripple-free positive output voltage is produced. For this purpose, the control time of the control device 120 set such that it is shorter than the smallest time interval between two successive voltage pulses. This will ensure that the transistor 124 is driven so fast that the over the conductor 85 incoming voltage pulses not to the output 126 reach.

Die Regeleinrichtung 110 sorgt dafür, dass in der Slaveeinrichtung 30 auftretende Stromänderungen keine Spannungspulse hervorrufen, die die Datenübertragung auf dem Bus 80 beeinträchtigen. Dies erreicht die als geregelte Stromquelle ausgebildete Regeleinrichtung 110 dadurch, dass das am Ausgang 116 des Transistors 114 anliegende Ausgangssignal so langsam geregelt wird, dass die Stromänderungen des Busteilnehmers langsamer sind als die durch die Systemspezifikation, beispielsweise die ASI-Spezifikation, maximal zugelassenen störenden Stromänderungen. Zu unterdrückende störende Stromänderungen können beim Ein- und Ausschalten des Sensors 40 entstehen. Insbesondere beim Einschalten des Sensors 40 steigt der Strom am Ausgang 116 aufgrund der geforderten Energiezufuhr an. Die zur Kompensation der Stromänderungen erforderliche längere Regelzeit wird durch das RC-Glied 113 festgelegt.The control device 110 ensures that in the slave device 30 occurring current changes cause no voltage pulses, which is the data transfer on the bus 80 affect. This achieves the regulating device designed as a regulated current source 110 in that at the exit 116 of the transistor 114 applied output signal is controlled so slowly that the current changes of the bus device are slower than the system specification, for example, the ASI specification, maximum permissible disturbing changes in current. Suppressive disturbing current changes can occur when the sensor is switched on and off 40 arise. Especially when switching on the sensor 40 the current increases at the output 116 due to the required energy supply. The longer control time required to compensate for the current changes is provided by the RC element 113 established.

Die in der integrierten Schaltung 50 implementierte Entkopplungseinrichtung sorgt somit dafür, dass der Sensor 40 mittels der auf dem Bus 80 übertragenen Versorgungsenergie gespeist werden kann, ohne dass die ebenfalls über den Bus 80 übertragenen Daten gestört werden.The in the integrated circuit 50 Implemented decoupling ensures thus that the sensor 40 by means of the bus 80 transmitted supply energy can be fed without that also via the bus 80 transmitted data are disturbed.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 10257632 B4 [0003]

Claims

Energy and data transmission system ( 5 ) for the data-decoupled energy supply of bus subscribers ( 20 . 30 . 70 ), with a first and second conductor ( 83 . 85 ) comprehensive transmission medium ( 80 ), to which several bus subscribers ( 20 . 30 . 70 ), wherein the transmission of the supply energy and the transmission of data via the transmission medium ( 80 ) is carried out jointly, wherein at least one of the bus subscribers ( 30 ) an integrated circuit ( 50 ) with a transmitting and receiving device for transmitting or receiving data according to a predetermined communication protocol and a decoupling device for providing a DC supply voltage, characterized in that the decoupling device ( 90 . 100 . 110 . 120 ) Part of the integrated circuit ( 50 ) and a first conductor ( 85 ) associated first control device ( 120 ) and a second conductor ( 83 ) associated second control device ( 110 ), and that the two control devices ( 110 . 120 ) regulate their respective output voltage such that current changes within the bus subscriber ( 30 be compensated, so that a substantially error-free data transmission is ensured.

Energy and data transmission system according to claim 1, characterized in that a power supply device ( 12 ) for applying a higher and lower DC voltage to the transmission medium ( 80 ) and a modulation device ( 13 . 14 ) is provided for modulating data to be transmitted as a series of alternating voltage pulses to the higher and lower DC voltage, wherein the voltage pulses do not exceed a maximum frequency and a maximum voltage swing, that the decoupling device ( 90 . 100 . 110 . 120 ) one to the first conductor ( 85 ) and the second conductor ( 83 ) connected filter device ( 90 ) for suppressing voltage pulses to provide the higher and lower DC voltage, that a level adjusting device ( 100 ) on the input side with the outputs of the filter device ( 90 ) and the output side with the first and second control device ( 110 . 120 ) and a first and second setpoint value (V _{soll +} , V _soll- ) supplies, such that the first control device ( 120 ) generates an output voltage whose amplitude is at least by the maximum voltage swing below the higher DC voltage which is applied to the first conductor ( 85 ), and the second control device ( 110 ) generates an output voltage whose amplitude is at least the maximum voltage swing above the lower DC voltage which is applied to the second conductor ( 83 ) is present, lies.

Energy and data transmission system according to claim 1 or 2, characterized in that one of the two control devices ( 85 ) a voltage follower ( 122 . 124 ) and is able to keep the respective output voltage constant, and that the other control device ( 83 ) a regulated power source ( 112 . 114 ), which ensures that no power changes affecting the data transmission are generated.

Energy and data transmission system according to one of the preceding claims, characterized in that the bus subscriber ( 30 ) an energy store ( 60 ) having a current change within the bus subscriber ( 30 ) can temporarily compensate.

Energy and data transmission system according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the bus participants a master device ( 20 ) and at least one of the bus subscribers is a slave device ( 30 . 70 ) with at least one integrated load or a connection module for connecting at least one external load.

Bus subscribers ( 30 ) for use in an energy and data transmission system, wherein the bus subscriber for connection to a first conductor ( 85 ) and second conductor ( 83 ) transmission medium ( 80 ) is formed, over which the supply energy and data are transmitted together, comprising an integrated circuit ( 50 ) with a transmitting and receiving device for transmitting or receiving data via the transmission medium according to a predetermined communication protocol and a decoupling device for providing a DC voltage, which is obtained from the energy transmitted via the symmetrical transmission medium, characterized in that the decoupling device ( 90 . 100 . 110 . 120 ) Part of the integrated circuit ( 50 ) and a first conductor ( 85 ) associated first control device ( 120 and a second conductor ( 83 ) associated second control device ( 110 ), wherein the two control devices ( 110 . 120 ) regulate their respective output voltage such that current changes within the bus subscriber ( 30 ) are compensated, so that a substantially error-free data transmission is ensured.

Bus subscriber according to claim 6, characterized in that one of the two control devices ( 120 ) a voltage follower ( 122 . 124 ) and is able to keep the output voltage constant, and that the other Regeleinrich tion ( 110 ) a regulated power source ( 112 . 114 ), which ensures that no power changes affecting the data transmission are generated.