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Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltung und ein Verfahren zum Demodulieren von Nutzsignalen aus einem Trägersignal sowie ein Modem.
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Das zu übertragende Nutzsignal (die „Information”) muss für eine Übertragung in ein geeignetes Format gewandelt werden. Dazu wird ein sogenanntes Trägersignal durch das Nutzsignal verändert. Diesen Vorgang nennt man Modulation. Den entgegengesetzten Vorgang, also das Herausfiltern eines Nutzsignals aus einem Trägersignal, nennt man Demodulation. Ein System, das sowohl demoduliert als auch moduliert wird als Modem bezeichnet.
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Die binäre Übertragung digitaler Signale erfolgt im einfachsten Falle dadurch, dass ein zweistufiges Rechtecksignal verwendet wird. Es kann in diesem Fall zwischen zwei Amplituden, Frequenzen oder Phasen umgeschaltet werden. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer Amplitudenmodulation. Bei der Übertragung digitaler Signale spricht man statt von Modulation von Tastung, im Sinne der Erfindung von Amplitudentastung (ASK, engl. amplitude shift keying).
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Derartige Formen der Datenübertragung sind beispielsweise für induktiv koppelnde Steckverbindungen geeignet, wie sie von der Anmelderin unter der Bezeichnung „Memosens” vertrieben werden.
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Induktiv koppelnde Steckverbindungen kommen in der Praxis dann zum Einsatz wenn kontaktlos elektrische Signale übertragen werden sollen. Durch diese galvanische Trennung zeigen sich Vorteile hinsichtlich Korrosionsschutz, Potentialtrennung, Verhinderung mechanischer Abnutzung der Stecker usw.
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Die induktive Schnittstelle ist üblicherweise als System mit zwei Spulen ausgestaltet, die beispielsweise ineinander gesteckt werden. Typischerweise werden sowohl Daten als auch Energie übertragen.
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Nach dem Stand der Technik werden mittels ASK gesendete Daten beispielsweise mit einem Hüllkurvendemodulator und nachgeschaltetem Komparator, häufig mit Hysterese, demoduliert. In 1 ist die obere Schaltschwelle des Komparators mit A.1, und die untere Schaltschwelle des Komparators mit A.2 bezeichnet. Oberhalb von A.1 wird auf logisch „high” oder „1”, unterhalb von A.2 wird auf logisch „low” oder „0” erkannt.
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Wie bereits erwähnt erfolgt die Übertragung in Form einer im Idealfall rechteckförmigen Signalmodulation, wie in 1a mit dem Bezugszeichen B gezeigt. Ein einfaches und bewährtes Verfahren der Erzeugung einer Signalmodulation ist die Verwendung von Schaltmitteln. Durch die für die Erzeugung der Signalmodulation an den zwei Spulen verwendeten Schaltungsteile, insbesondere bei Verwendung von mit steilen flanken schaltenden Schaltmitteln, können bei jedem Pegelwechsel hochfrequente Signalkomponenten generiert werden. Besonders bedeutsam sind Frequenzkomponenten, die in der Nähe von Eigenresonanzen einer der zwei Spulen liegen, die z. B. durch parasitären Kapazitätsbelag zwischen den Wicklungen zustande kommen können. Diese Störsignale haben die Form einer gedämpften, abklingenden Schwingung, wie in 1a mit dem Bezugszeichen C.1 für eine fallende Flanke und C.2 für eine steigende Flanke gezeigt. Für diese abklingende Schwingung kann eine Einhüllende definiert werden, die die Dämpfung des Störsignals beschreibt.
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Es kann passieren, dass diese hochfrequenten Störanteile sogar das Nutzsignal überlagern, somit verfälschen und eine erfolgreiche Übertragung unmöglich machen. In 1 ist das Problem mit dem eigentlich richtigen Signalverlauf (D.1) und dem falsch erkannten Signalverlauf (D.2) dargestellt: Für den Pegelwechsel „high-low” wird vom Komparator zuerst richtigerweise auf „0” erkannt. Allerdings schwingen die Störanteile des Nutzsignals im weitern zeitlichen Verlauf höher als die obere Schaltschwelle A.1 des Komparator, der dann zwischenzeitlich fälschlicherweise auf „1” entscheidet und somit das Nutzsignal falsch übertragen wird. Analoges gilt für einen „low-high” Pegelwechsel.
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Darüber hinaus können die störenden Signalkomponenten bezüglich ihrer Frequenz in der Nähe des für die Amplitudenmodulation verwendeten Frequenzbandes liegen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Schaltung, ein Verfahren und ein Modem bereit zu stellen, die eine korrekte Demodulation/Modulation gewährleisten.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine elektronische Schaltung, wobei das zu demodulierende Trägersignal mit Nutzsignal von einem Signaleingang zugeführt wird, umfassend
- – einen Gleichrichter zum Durchlassen nur einer Polarität des Trägersignals,
- – zumindest ein dem Gleichrichter nachgeschaltetes Filter zur Unterdrückung zumindest eines Frequenzbereichs des Trägersignals,
- – ein dem Filter nachgeschaltetes Spannungskonditioniernetzwerk, das so ausgestaltet ist, dass es die Spannung des Nutzsignals anpasst und einem der beiden Eingänge eines Komparators zuführt,
wobei ein Ausgang des Komparators in Abhängigkeit einer Differenz der beiden Eingänge geschaltet wird, und
- – ein dem Komparator parallel geschaltetes Rückkoppelnetzwerk,
wobei das Rückkoppelnetzwerk einen der beiden Eingänge des Komparators mit dem Ausgang des Komparators verbindet,
und wobei das Rückkoppelnetzwerk eine Hochpasscharakteristik aufweist.
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Auf das Trägersignal wird ein Nutzsignal durch ein ASK-Verfahren aufmoduliert und dem Signaleingang zugeführt. Durch einen Gleichrichter wird zunächst nur eine Polarität des Trägersignals durchgelassen. Mit zumindest einem nachgeschalteten Filter wird anschließend zumindest ein Frequenzbereich des Trägersignals unterdrückt, so dass noch die Hüllkurve, das Nutzsignal, übrig bleibt. Dieses Signal wird durch ein Spannungskonditioniernetzwerk so angepasst, dass es einem der Eingänge eines Komparators zugeführt werden kann. Parallel zum Komparator ist ein Rückkoppelnetzwerk mit einer Hochpasscharakteristik geschaltet. In 1b ist der Verlauf des Signals des Rückkoppelnetzwerks mit Hochpasscharakteristik schematisch dargestellt.
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Dies ist als vorteilhaft anzusehen. In Zusammenspiel zwischen dem Filter und dem Rückkoppelnetzwerk mit Hochpasscharakteristik ist es möglich die hochfrequenten Störanteile zu unterdrücken.
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Das Rückkoppelnetzwerk wirkt dabei in Kombination mit der durch den Komparator gebildeten Nichtlinearität und dem an den Gleichrichter angeschlossenen Filter als nichtlineares Filter, welches nach Erkennung eines Pegelwechsels die erwarteten hochfrequenten Störsignale am Gleichrichter effektiver unterdrückt als ein lineares Filter. Diese Unterdrückung ist dann besonders effektiv, wenn die Hochpasscharakteristik des Rückkoppelnetzwerks auf die erwarteten Störfrequenzen angepasst ist, d. h. dass die Grenzfrequenz des Hochpasses unterhalb der problematischen Störfrequenzen liegt.
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In einer bevorzugten Weiterbildung ist das Rückkoppelnetzwerk als Mitkopplung ausgestaltet. Somit kann auch eine kleine Differenz zwischen den beiden Eingängen verstärkt werden, und das Nutzsignal kann optimal rekonstruiert werden.
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Die Wirkung der Mitkopplung des Rückkoppelnetzwerkes mit Hochpasscharakteristik kann auch so betrachtet werden, dass der Komparator mit einer Hysterese betrieben wird, die zeitlich nicht mehr konstant ist, sondern einen zeitlichen Verlauf annimmt, der die im Anschluss an einen Pegelwechsel zu erwartenden Störsignale durch eine höhere Hysterese kompensiert. In 1b muss dann der Verlauf des Signals des Rückkoppelnetzwerks mit Hochpasscharakteristik zu den Schaltschwellen A.1 bzw. A.2 addiert werden. Im Idealfall bildet die Hochpasscharakteristik des Rückkoppelnetzwerks exakt das Abklingverhalten der Einhüllenden der Störsignale ab. Für die Dauer der zu erwartenden Störsignaloszillation wird damit die für einen Pegelwechsel am Komparator erforderliche Hysterese um den Betrag der zu erwartenden Einhüllenden der Störsignale vergrößert. Vorteilhaft wird dazu die Pulsantwort des Rückkoppelnetzwerks mit Hochpasscharakteristik auf die Signalform und die Signalamplitude der erwarteten Störsignale angepasst.
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Durch die rückgekoppelten höheren Frequenzen werden die Störungen des übertragenen Nutzsignals gedämpft. Die Störungen werden somit vom Nutzsignal entfernt und eine fehlerfreie Übertragung garantiert.
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Der Komparator mit dem Rückkoppelnetzwerk kann als besonders ausgestalteter Schmitt-Trigger bezeichnet werden.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist ein dem Komparator vorgeschaltetes Einkoppelnetzwerk vorgesehen, das so ausgestaltet ist, dass es ein Steuerungssignal einkoppelt. Es ist somit möglich, die elektrische Schaltung in einen definierten Initialisierungszustand zu versetzen. Wird beispielsweise eine definierte „low-high” Flanke eingekoppelt, so kann der Komparator zuverlässig über die Schaltschwelle gehoben werden und auf einen „high” Zustand am Ausgang initialisiert werden. Es kann somit sichergestellt werden, dass eine Signalübertragung korrekt beginnt, und es sind somit die Vorraussetzungen für eine erfolgreiche Datenübertragung erfüllt.
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Es ist denkbar, dass diese Initialisierung zu Beginn einer jeden Übertragung statt findet. Auch ist möglich, dass die Initialisierung am Ende jeder Übertragung erfolgt.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung handelt es sich bei dem Einkoppelnetzwerk um eine kapazitive Einkopplung mit einem digitalen Steuerungssignal. So kann etwa der digitale Ausgang eines Bauelements dazu genutzt werden die elektronische Schaltung in einen Initialisierungszustand zu versetzen.
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Bevorzugt handelt es sich bei dem Gleichrichter um einen Einweggleichrichter, insbesondere eine Diode.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung handelt es sich bei dem Filter um einen Tiefpass, Hochpass und/oder Bandpass. Durch die Verwendung eines Tiefpasses kann das hochfrequente Trägersignal weggefiltert werden. Durch die Implementierung eines Hochpasses ist es möglich, niederfrequente Störsignalkomponenten vom an dem Signaleingang der elektronischen Schaltung abgegriffenen Kommunikationssignal sicher zu trennen. Derartige niederfrequente Störsignale können unter anderem dadurch zustande kommen, dass ein etwaig angeschlossener Verbraucher temporär einen erhöhten Strombedarf aufweist, der zu einer stärkeren Belastung des Signaleingangs und daher zu einem Einbruch der dort anliegenden Spannungen führt.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst das Filter ausschließlich passive Bauteile. Es wird somit eine geringe Fläche verbraucht, der Strom- und Energiebedarf ist geringer und es entstehen somit geringere Kosten.
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Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren, umfassend die Schritte
- – Initialisierung,
- – Gleichrichten des Trägersignals,
- – Filterung des Trägersignals,
- – Anpassen der Spannung des Nutzsignals,
- – Vergleichen des Nutzsignals mit einem Vergleichssignal,
- – Rückkoppeln des Nutzsignals mit Hochpasscharakteristik, und
- – Ausgeben des Nutzsignals.
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Dies ist als vorteilhaft anzusehen. Durch die Initialisierung wird die Voraussetzung für eine erfolgreiche Übertragung geschaffen. Nach dem Gleichrichten und Filtern des Trägersignals wird das dann erhaltene Nutzsignal anschließend angepasst und mit einem Vergleichssignal verglichen. Anschließend wird das Nutzsignal mit einer Hochpasscharakteristik rückgekoppelt. Im letzten Schritt wird das Nutzsignal ausgegeben.
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Das Vergleichssignal kann etwa das rückgekoppelte Signal umfassen oder durch eine konstante Spannung realisiert werden.
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Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Modem umfassend die elektronische Schaltung, weiterhin umfassend eine zweite elektronische Schaltung, wobei das modulierte Trägersignal einem Signaleingang zugeführt wird, umfassend
- – ein Lastnetzwerk, und
- – ein Schaltnetzwerk zum Anschließen des Lastnetzwerks an den Signaleingang.
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Dies ist als vorteilhaft anzusehen. Durch das Schaltnetzwerk wird das Lastnetzwerk an den Signaleingang angeschlossen. So kann erreicht werden, dass das Schaltnetzwerk bzw. das Lastnetzwerk dem Trägersignal ein Nutzsignal aufmoduliert und so die Kommunikation in entgegengesetzter Richtung ermöglicht.
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Bevorzugt umfasst das Schaltnetzwerk zumindest einen Schalttransistor.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näherer erläutert. Es zeigt
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1a eine schematische Darstellung des zeitlichen Verlaufs eines idealen und realen Nutzsignalverlaufs mit den Schaltschwellen des Komparators,
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1b eine schematische Darstellung des zeitlichen Verlaufs des Signals des Rückkoppelnetzwerks mit Hochpasscharakteristik,
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2 eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung,
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3 eine erste Ausgestaltung der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung,
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4 eine zweite Ausgestaltung der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung,
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5 das erfindungsgemäße Modem, bestehend aus der elektronischen Schaltung aus 3 und einem Modulator, und
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6 eine Möglichkeit der Synchronisation von Modulator und Trägersignal.
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In den Figuren sind gleiche Merkmale mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Die elektronische Schaltung in ihrer Gesamtheit hat das Bezugszeichen 1. Die Funktionsweise der Erfindung soll zunächst schematisch anhand 2 erläutert werden.
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Dem Signalfluss nach umfasst die elektronische Schaltung 1 die folgenden Komponenten: Einen Signaleingang 2, an dem ein Trägersignal mit einem aufmoduliertem ASK-Nutzsignal anliegt, einen Gleichrichter 3, einen Filter 4, ein Spannungskonditioniernetzwerk 5, ein Einkoppelnetzwerk 6, einen Komparator 9, der an seinem Ausgang 9.3 ein demoduliertes Signal ausgibt und ein Rückkoppelnetzwerk 7, das den Ausgang 9.3 mit einem der Eingänge 9.1, 9.2 des Komparators 9 verbindet.
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Es ist denkbar, dass eine induktiv gekoppelte Schnittstelle als Signaleingang 2 agiert, d. h. der Signaleingang 2 wird durch eine Spule repräsentiert. Am Signaleingang 2 liegt ein auf ein Trägersignal aufmoduliertes Nutzsignal, im Sinne dieser Erfindung ein ASK-Signal, an.
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Die Figuren 3 und 4 zeigen Beispiele einer möglichen Implementierung des schematischen Überblicks aus 2.
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Zunächst wird das Trägersignal einem Gleichrichter 3 zugeführt. Der Gleichrichter 3 umfasst eine Diode 3.1. Die Diode 3.1 lässt nur eine Polarität des hochfrequenten Eingangssignals passieren, sodass nur noch eine Hälfte (Halbwelle) der Hochfrequenzschwingungen verbleibt. Je nach Anordnung der Diode 3.1 ist dies die negative (3) oder positive (4) Hälfte.
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Danach folgt ein Filter 4. Im Beispiel sind dies ein Tief- und ein Hochpass. Der Tiefpass dient zur Entfernung des hochfrequenten Trägersignals. Meist wird der Tiefpass realisiert durch einen Kondensator 4.1 und einen parallelen Widerstand 4.2, wobei der Kondensator 4.1 und der Widerstand 4.2 gegen Masse geschaltet sind. Gleichrichter 3 sowie Tiefpass werden zusammen auch als Hüllkurvendemodulator bezeichnet. Der Hochpass dient dazu niederfrequente Störsignalkomponenten sicher zu trennen. Derartige niederfrequente Störsignale können unter anderem dadurch zustande kommen, dass eine am Schaltungsausgang 8 anliegende Last temporär einen erhöhten Strombedarf aufweist, der zu einer stärkeren Belastung des Signaleingangs 2 und daher zu einem Einbruch der dort anliegenden Spannungen führt. Der Hochpass wird gebildet durch eine Reihenschaltung von Kondensator 4.3 und Widerstand 4.4.
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Bezüglich der Frequenzcharakteristik des Filters 4 ist es vorteilhaft, die Impedanz der im Signalverlauf näher beim Gleichrichter 3 angeordneten Filterkomponenten (im Beispiel Kondensator 4.1 und Widerstand 4.2) mit kleinerer Impedanz auszuführen als die im Signalverlauf näher beim Komparator 9 angeordneten Filterkomponenten (im Beispiel Kondensator 4.4, Widerstände 4.4, 4.5).
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Das Filter 4 besteht ausschließlich aus passiven Bauteilen. Dies hat Vorteile hinsichtlich Platzverbrauch und Stromverbrauch und somit auch Kosten. Zudem ist bei passiven Filtern eine hohe Linearität zu garantieren. Selbstredend sind aber auch aktive Filter mit ein oder mehreren Operationsverstärkern möglich.
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Auch kann das Filter 4 aus einer höheren Ordnung als der dargestellten ersten Ordnung bestehen. So können etwa steilere Flanken realisiert werden.
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Der Reihenkondensator 4.3 dient außerdem zur DC-Entkopplung des Nutzsignals.
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Das Spannungskonditioniernetzwerk 5 umfasst zwei Spannungsteiler, bestehend je aus zwei Widerständen 5.1, 5.2 bzw. 5.3, 5.4, die jeweils zwischen Masse Gnd und Versorgungsspannung Vcc geschaltet sind. Eventuell wird parallel zu den Spannungsteilern ein Kondensator verwendet (nicht dargestellt). Der Verbindungsknoten der Widerstände 5.1, 5.2 liegt auf dem Signalpfad und wird einem Eingang 9.1/9.2 eines Komparators 9 zugeführt. Der Verbindungsknoten der Widerstände 5.3, 5.4 wird dem anderen Eingang 9.2/9.1 des Komparators 9 zugeführt.
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Die bisher genannten Bauelemente, also Diode 3.1, Widerstände 4.2, 4.4, 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 und Kondensatoren 4.1, 4.3 sind so dimensioniert, dass die zu verwertende Information des am Signaleingang 2 anstehenden modulierten ASK-Signals vollständig enthalten ist.
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Wie bereits erwähnt zeigt 3 eine Schaltung für die Demodulation eines Nutzsignals aus der negativen Halbwelle, während 4 die Demodulation eines Nutzsignals aus einer positiven Halbwelle zeigt. Für die Funktionsfähigkeit der Schaltung muss das jeweilige Signal an einen anderen Eingang 9.1, 9.2 des Komparators geführt werden. In
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3 wird das Signal an den negativen Eingang 9.1 geführt, in 4 wird das Signal an den positiven Eingang 9.2 geführt.
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Zunächst sollt 3 erläutert werden.
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Ein Einkoppelnetzwerk 6 wird an den positiven Eingang 9.2 angeschlossen. Praktischerweise wird ein kapazitive Einkopplung gewählt Im Beispiel besteht das Einkoppelnetzwerk 6 somit aus einem Reihenkondensator 6.1, an den ein digitales Steuerungssignal über den Eingang 6.2 angelegt wird. Das Steuerungssignal kann etwa über den digitalen I/O-Port eines Mikrocontrollers o. ä. angelegt werden. Durch das Einkoppelnetzwerk 6 ist es möglich dem Komparator 9 in einen definierten Initialisierungszustand zu versetzen. Wird beispielsweise eine definierte „low-high” Flanke eingekoppelt, so kann der Komparator 9 zuverlässig über seine Schaltschwelle gehoben werden und auf einen „high” Zustand am Ausgang initialisiert werden. Es kann somit sichergestellt werden, dass eine Signalübertragung korrekt beginnt und es sind somit die Vorraussetzungen für eine erfolgreiche Datenübertragung erfüllt.
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Parallel zum Komparator 9 ist ein Rückkoppelnetzwerk 7 geschaltet. Es verbindet den Ausgang 9.3 des Komparators 9 mit dem positiven Eingang 9.2 des Komparators 9. Das Rückkoppelnetzwerk 7 besteht aus einem Widerstand 7.1 und einem dazu parallel geschalteten Kondensator 7.2. Der Komparator 9 mit dem Rückkoppelnetzwerk bildet also einen Schmitt-Trigger.
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Durch den, verglichen mit einem „normalen” Schmitt-Trigger, zusätzlichen Kondensator 7.2 lässt sich im Rückkoppelpfad ein Hochpassverhalten realisieren. Durch ein Zusammenspiel des Hochpassverhaltens des Rückkoppelnetzwerkes 7 mit dem Filter 4, insbesondere dem Tiefpass, ist es möglich die hochfrequenten Störsignale, die bei einem Lastwechsel zwangsweise auftreten, zu unterdrücken.
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Die Schaltung für die positive Halbwelle in 4 ist ähnlich aufgebaut. Das Einkoppelnetzwerk 6 wird ebenfalls durch einen Reihenkondensator 6.1 und einem Steuersignaleingang 6.2 realisiert. Das Rückkoppelnetzwerk 7 besteht ebenfalls aus einem Widerstand 7.1 und einem dazu parallel Kondensator 7.2. Das Rückkoppelnetzwerk 7 wird vom Ausgang 9.3 des Komparators 9 an den positiven Eingang 9.2 des Komparators angeschlossen. Das Einkoppelnetzwerk 6 wird ebenfalls an den positiven Eingang 9.2 des Komparators 9 angeschlossen. Da das Trägersignal bzw. das Nutzsignal auch an diesem Eingang 9.2 anliegen, liegt am negativen Eingang 9.1 nur der mittlere Knoten des Spannungskonditioniernetzwerks 5, bzw. der Widerstände 5.3, 5.4.
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Da auf den Signalpfad rückgekoppelt wird, werden auch die Filtereigenschaften des Filters 4 durch das Rückkoppelnetzwerk 7 beeinflusst. Durch eine Rückkopplung durch einen Kondensator 7.3 über das Spannungskonditioniernetzwerk 5 hinweg kann die Zeitkonstante des Filters 4 zusätzlich beeinflusst werden. In diesem Falle ist ein weiterer Widerstand 4.5 notwendig.
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Das so erzeugte Signal kann am Ausgang 8 der elektronischen Schaltung 1 abgegriffen werden. So kann das Nutzsignal etwa Steuersignale, im Allgemeinen Daten, für einen angeschlossenen Mikrocontroller 6.5. (nicht dargestellt) enthalten.
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5 zeigt ein Modem 10 bestehend aus der elektronischen Schaltung 1 und einem Modulator 11. Die elektronische Schaltung 1 ist nur mit Gleichrichter 3 und Filter 4 dargestellt; die übrigen Komponenten sind den Figuren 3 und 4 zu entnehmen. Üblicherweise wird die Schaltung aus 3 verwendet.
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Da nur eine Halbwelle (bspw. die negative) für die Datenübertragung genutzt wird, ist denkbar, die andere Halbwelle (bspw. die positive) für Energieübertragung zu nutzen.
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Es ist vorstellbar, dass an dem Signaleingang 2 immer ein Trägersignal anliegt. Die Schaltungen aus den Figuren 3 und 4 dienen dazu ein auf das Trägersignal aufmoduliertes Nutzsignal wieder zu demodulieren, während der Modulator 11 aus 5 dazu dient in entgegengesetzter Richtung zu senden, d. h. dem Trägersignal ein Nutzsignal aufzumodulieren.
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Der Modulator 11 besteht aus einem Lastnetzwerk 12 und einen Schaltnetzwerk 13. Die Komponenten Kondensator 12.1 und einem in Reihe geschalteten Widerstand 12.2 bilden das Lastnetzwerk 12. Das Lastnetzwerk 12 soll im Wesentlichen kapazitiv sein. Es sind Ausgestaltungen möglich mit einer Parallelschaltung der beiden, oder allgemein aus einem Lastnetzwerk 12 mit einer komplexen Impedanz.
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Das Schaltnetzwerk 13 umfasst einen Schalttransistor 13.1, genauer einen normal sperrenden p-Kanal MISFET (engl. metal insulator semiconductor field-effect transistor, Metall-Isolator-Halbleiter-Feldeffekttransistor). Auch kann an dieser Stelle ein CMOS-Schalter (engl. complementary metal oxide semiconductor, komplementärer Metall-Oxid-Halbleiter), ein n-Kanal MISFET o. ä. verwendet werden.
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Bei der Benutzung eines p-Kanal MISFET wird der source-Anschluss bezüglich des Gleichspannungspegels an eine positive Spannungsquelle 13.4 angeschlossen. Da die Wechselspannungssignale des Lastnetzwerks 12 auf die Spannungsquelle 13.4 Störungen einkoppeln können, wird ein passives Filter bestehend beispielsweise aus einem Kondensator 13.3 und einem Widerstand 13.2 zugeschaltet.
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Das gate des Transistors 13.1 wird über den Eingang 13.5 gesteuert, das etwa an einen Mikrocontroller angeschlossen ist. Durch das Zuschalten des Lastnetzwerks 12 durch Schalten des Schaltnetzwerks 13, insbesondere des Transistors 13.1 ändert sich die Last am Signaleingang 2 und in Folge dessen ändert sich die Amplitude. Dem Trägersignal kann somit ein Nutzsignal für das Versenden von Daten aufmoduliert werden.
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Es ist möglich, dass das Ansteuersignal am Eingang 13.5, d. h. das Zuschalten des Lastnetzwerks 12, immer zu einem bestimmten Zeitpunkt des Trägersignals erfolgt. Das Lastnetzwerk wird somit auf das Trägersignal durch ein Synchronisierungsnetzwerk 14 (s. u.) aufsynchronisiert. Der Vorteil der Synchronisierung besteht darin, dass nur so sichergestellt werden kann, dass das Lastnetzwerk z. B. immer im Nulldurchgang oder stets im Scheitelpunkt der Wechselspannung an den Signaleingang 2 angeschlossen wird. Damit werden Streuungen im Signal vorteilhaft vermieden.
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Eine Möglichkeit der Synchronisierung zeigt 6 mit dem Synchronisierungsnetzwerk 14. Das Trägersignal am Signaleingang 2 wird über einen Kondensator 14.1 auf die clock-Leitung eines D-Flipflops 14.2 aufgeschaltet. Der Eingang des Schaltsignals 13.5 wird mit dem Dateneingang D des D-Flipflops 14.2 verschaltet. Der Ausgang Q des D-Flipflops 14.2 wird an das gate des Transistors 13.1 geschaltet. Die Versorgung des D-Flipflops 14.2 kann auch über die Spannungsquelle 13.4 erfolgen. Üblicherweise ist das D-Flipflop 14.2 in CMOS-Technologie aufgebaut. Um den Stromverbrauch zu senken, kann ein Widerstand 14.3 zwischengeschaltet werden um die Verweildauer im ungültigen Logikbereich der CMOS-Komponente zu kürzen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektronische Schaltung
- 2
- Signaleingang
- 3
- Gleichrichter
- 3.1
- Diode zu 3
- 4
- Filter
- 4.1
- Kondensator zu 4
- 4.2
- Widerstand zu 4
- 4.3
- Kondensator zu 4
- 4.4
- Widerstand zu 4
- 4.5
- Widerstand zu 4
- 5
- Spannungskonditioniernetzwerk
- 5.1
- Widerstand zu 5
- 5.2
- Widerstand zu 5
- 5.3
- Widerstand zu 5
- 5.4
- Widerstand zu 5
- 6
- Einkoppelnetzwerk
- 6.1
- Kondensator zu 6
- 6.2
- Eingang Steuerungssignal
- 7
- Rückkoppelnetzwerk
- 7.1
- Widerstand zu 7
- 7.2
- Kondensator zu 7
- 7.3
- Kondensator zu 7
- 8
- Schaltungsausgang
- 9
- Komparator
- 9.1
- Erster Eingang Komparator
- 9.2
- Zweiter Eingang Komparator
- 9.3
- Ausgang Komparator
- 10
- Modem
- 11
- Modulator
- 12
- Lastnetzwerk
- 12.1
- Kondensator zu 12
- 12.2
- Widerstand zu 12
- 13
- Schaltnetzwerk
- 13.1
- Schalttransistor zu 13
- 13.2
- Widerstand zu 13
- 13.3
- Kondensator zu 13
- 13.4
- Spannungsquelle zu 13
- 13.5
- Eingang Schaltsignal zu 13
- 14
- Synchronisierungsnetzwerk
- 14.1
- Kondensator zu 14
- 14.2
- D-Flipflop zu 14
- Q
- Ausgang von 14.2 Dateneingang von 14.2
- clock
- clock-Leitung von 14.2
- 14.3
- Widerstand zu 14
- Vcc
- Versorgungsspannung
- Gnd
- Masse