DE10228543A1

DE10228543A1 - Verfahren und Sendevorrichtung zum Übertragen eines zweiwertigen Signals

Info

Publication number: DE10228543A1
Application number: DE2002128543
Authority: DE
Inventors: Bernhard Strzalkowski; Karim-Thomas Taghizadeh-Kaschani
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2002-06-26
Filing date: 2002-06-26
Publication date: 2005-11-03

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung eines zweiwertigen, einen ersten Signalpegel und einen zweiten Signalpegel aufweisenden Signals über wenigstens einen Kanal, wobei nach einem Wechsel des Signalpegels des Signals eine Impulsfolge mit zeitlich beabstandeten Impulsen an den Kanal ausgegeben wird, wobei der zeitliche Abstand jeweils zweier aufeinander folgender Impulse der Impulsfolge ungleichmäßig ist. DOLLAR A Die Erfindung betrifft weiterhin eine Sendevorrichtung zur Bereitstellung eines Sendesignals für dieses Verfahren.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Sendevorrichtung zum Übertragen eines zweiwertigen Signals über einen Kanal, insbesondere über einen eine Potentialbarriere enthaltenden Kanal.

In elektrischen Schaltungen ist es vielfach erforderlich, ein zweiwertiges Steuersignal über eine Potentialbarriere zu übertragen, um eine das Steuersignal erzeugende Schaltung und eine durch das Steuersignal angesteuerte Schaltung potentialmäßig zu trennen. Ein Beispiel für solche Schaltungen sind als Sperrwandler ausgebildete Schaltwandler, bei denen ein von der Ausgangsspannung des Schaltwandlers abhängiges Regelsignal an eine einen Schalter ansteuernde dem Potential der Ansteuerschaltung unter Trennung des Ausgangspotentials von der Ansteuerschaltung übertragen werden muss. Ein weiteres Beispiel sind Treiberschaltungen von Leistungstransistoren, insbesondere von sogenannten High-Side Schaltern, wobei Steuersignale eines Mikrocontrollers, die üblicherweise Spannungspegel von 3,3V oder 5V bezogen auf ein Bezugspotential aufweisen, an eine Treiberschaltung zu übertragen sind, die bei wesentlich größeren Spannungen oder bei einem anderen Bezugspotential arbeiten.

Verfahren zur Übertragung derartiger Steuersignale müssen eine hohe Unempfindlichkeit gegenüber Störungen – insbesondere elektromagnetischen Störungen – gewährleisten, die beispielsweise aus Schaltvorgängen benachbart angeordneter Leistungsschalter resultieren können.

Zur Übertragung zweiwertiger Signale über einen eine Potentialbarriere enthaltenden Kanal ist es aus der US 4,027,152 bekannt, das zweiwertige Signal in eine Impulsfolge umzusetzen, wobei ein positiver Impuls übertragen wird, wenn der Pegel des zu übertragenden Signals von einer logischen Null auf eine logische Eins wechselt, und wobei bei einem Wechsel des Pegels von einer logischen Eins zu einer logischen Null ein negativer Impuls übertragen wird. Diese positiven oder negativen Impulse werden in regelmäßigen Zeitabständen wiederholt bzw. aufgefrischt.

Aus der US 6,262,600 B1 ist es bekannt, für die Übertragung eines zweiwertigen Signals über eine Potentialbarriere ein periodisches Signal zu erzeugen, wobei die Frequenz des periodischen Signals abhängig vom momentanen Pegel des zu übertragenden Signals zwei unterschiedliche Werte annimmt.

Theoretisch genügt bei den genannten Verfahren ein Impuls, der die zeitliche Lage der Flanke des zu übertragenden Signals anzeigt. Aus Redundanzgründen werden allerdings Wiederauffrischungsimpulse übertragen, die insbesondere bei störungsbehafteten Kanälen erforderlich sind, bei denen nicht gewährleistet ist, dass alle Sendeimpulse an einem am anderen Ende des Kanals angeordneten Empfänger ankommen. Allerdings ist die Erzeugung jedes zusätzlichen Wiederauffrischungsimpulses mit einem zusätzlichen Energieaufwand verbunden.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren und eine Sendevorrichtung zur Übertragung eines zweiwertigen Signals über einen Kanal zur Verfügung zu stellen, wobei eine hohe Unempfindlichkeit gegenüber Störungen auf dem Kanal bei einem verringerten Energieverbrauch gewährleistet ist.

Dieses Ziel wird durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Sendevorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Übertragung eines zweiwertigen, einen ersten Signalpegel oder einen zweiten Signalpegel aufweisenden Signals über wenigstens einen Kanal ist vorgesehen, nach einem Wechsel des Signalpegels des Signals eine Impulsfolge mit zeitlich beabstandeten Impulsen über den Kanal zu übertragen, wobei der zeitliche Abstand jeweils zweier aufeinander folgender Impulse der Impulsfolge ungleichmäßig ist.

Dabei ist bei einer Ausführungsform vorgesehen, dass der zeitliche Abstand zweier aufeinander folgender Impulse der Impulsfolge mit zunehmendem zeitlichen Abstand zu dem vorangegangenen Pegelwechsel zunimmt. In dem zeitlichen Abstand, den zwei aufeinander folgende Impulse dieser Impulsfolge besitzen, ist damit eine Information darüber enthalten, wie lange der Wechsel des Signalpegels des zu übertragenden Nutzsignals bereits zurückliegt. Darüber hinaus werden bei diesem Verfahren unmittelbar nach dem Signalwechsel innerhalb einer kurzen Zeitdauer mehr Impulse als während einer entsprechenden Zeitdauer zu einem späteren Zeitpunkt übertragen, um mit einer möglichst großen Wahrscheinlichkeit bereits kurz nach dem Pegelwechsel diese Information an die Empfängerseite zu übertragen. Die in größerem zeitlichen Abstand auftretenden späteren Impulse bieten Sicherheit dahingehend, dass die Information auch dann – wenngleich stärker zeitverzögert – übertragen wird, wenn die kurz hintereinander auftretenden Impulse nach dem Pegelwechsel aufgrund starker Störungen des Kanals nicht übertragen werden. Bei diesem Verfahren ist nach dem Pegelwechsel ein höherer Energieaufwand erforderlich, um die Impulse mit geringem zeitlichen Abstand zu übertragen, während sich der Energieaufwand später wegen der dann mit größerem zeitlichen Abstand auftretenden Impulse verringert. Dieses Verfahren ist insbesondere vorteilhaft für die Übertragung von Signalen zur Ansteuerung von Leistungshalbleiterbauelementen, wie z.B. IGBT, die unmittelbar nach einem Pegelwechsel selbst starke Störungen erzeugen, die den Kanal stören können.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der zeitliche Abstand zweier aufeinander folgender Impulse der Impulsfolge zufällig oder pseudo-zufällig variiert. Dieses Verfahren besitzt zum einen den Vorteil, dass die erzeugte Impulsfolge ihrerseits keine spektral ausgeprägten Störungen in der elektrischen Schaltung hervorruft, weil die erzeugte Impulsfolge keine ausgeprägte spektrale Verteilung besitzt. Da darüber hinaus andere in der Schaltung auftretende Störungen ebenfalls zufällig auftreten, wird bei Verwendung einer Impulsfolge mit zufällig oder pseudo-zufällig variierendem zeitlichen Abstand zwischen den einzelnen Impulsen mit großer Sicherheit gewährleistet, dass nach einem Pegelwechsel des Nutzsignals wenigstens einer der erzeugten Impulse der Impulsfolge korrekt übertragen wird, wobei der zur Erzeugung der Impulsfolge erforderliche Energieaufwand wegen der mitunter großen Abstände zwischen den einzelnen Impulsen reduziert ist. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die zeitlichen Abstände zwischen den einzelnen Impulsen ganzzahlige Vielfache einer vorgegebenen Taktperiode, wobei ein Zufallssignal bestimmt, ob innerhalb einer Taktperiode ein Impuls erzeugt wird oder nicht. Dieses Verfahren ist insbesondere vorteilhaft für die Übertragung von periodischen Signalen, wie z.B. bei Bus-Systemen, um den sogenannten Aliasing-Effekt zu unterdrücken.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist sowohl für die Signalübertragung über einen Kanal als auch für die Signalübertragung über mehrere Kanäle geeignet.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass nach einem Wechsel des Signalpegels des zu übertragenden Signals von dem ersten Signalpegel zu dem zweiten Signalpegel eine erste Impulsfolge über einen ersten Kanal übertragen wird und, dass nach einem Wechsel des Signalpegels von einem zweiten Signalpegel zu dem ersten Signalpegel eine zweite Impulsfolge über einen zweiten Kanal übertragen wird. Einer der beiden Kanäle dient damit zur Übertragung der in einer posi tiven Flanke des Nutzsignals enthaltenen Information, während der andere Kanal zur Übertragung der in der negativen Flanke enthaltenen Information des Nutzsignals dient. Die beiden Impulsfolgen werden dabei so erzeugt, dass sie sich zeitlich nicht überschneiden, d.h. die erste Impulsfolge endet mit einem Übergang von dem zweiten Signalpegel zum ersten Signalpegel und die zweite Impulsfolge endet mit einem Übergang von dem ersten Signalpegel zu dem zweiten Signalpegel.

Bei einer Ausführungsform des Verfahrens zur Übertragung über nur einen Kanal ist vorgesehen, bei einem Wechsel des Pegels des zu übertragenden Signals von einem ersten Pegel zu einem zweiten Pegel einen positiven Impuls über den Kanal zu übertragen und bei einem Wechsel des Signalpegels von dem zweiten Pegel zu dem ersten Pegel einen negativen Impuls zu übertragen, wobei sowohl die positiven als auch die negativen Impulse in ungleichmäßigen zeitlichen Abständen wiederholt werden.

Eine erfindungsgemäße Sendevorrichtung zum Senden der in einem zweiwertigen Signal enthaltenen Information über einen Kanal umfasst einen Eingang, dem das zu übertragende Nutzsignal zugeführt ist, und ist ausgangsseitig an den Kanal gekoppelt, an dem die Sendevorrichtung nach einem Wechsel des Signalpegels des Signals wenigstens eine Impulsfolge mit ungleichmäßigem zeitlichen Abstand zwischen zwei aufeinander folgenden Impulsen bereitstellt.

Vorzugsweise ist die Sendevorrichtung an einen ersten Kanal und einen zweiten Kanal gekoppelt, wobei die Sendevorrichtung nach einem Wechsel des Signalpegels von einem ersten Signalpegel zu einem zweiten Signalpegel eine erste Impulsfolge an den ersten Kanal und nach einem Wechsel des Signalpegels von dem zweiten Signalpegel zu dem ersten Signalpegel eine zweite Impulsfolge an den zweiten Kanal ausgibt.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand von Figuren näher erläutert. In den Figuren zeigt
1 die zeitlichen Verläufe eines zu übertragenden Signals und zweier daraus resultierender Impulsfolgen für ein zweikanaliges Übertragungsverfahren gemäß einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens (1a) und für ein einkanaliges Verfahren (1b),
2 die zeitlichen Verläufe eines zu übertragenden Signals und zweier daraus resultierender Impulsfolgen für ein zweikanaliges Übertragungsverfahren gemäß einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens (2a) und für ein einkanaliges Verfahren (2b),
3 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sendevorrichtung zur Erzeugung von zwei Impulsfolgen mit über der Zeit zunehmendem zeitlichen Abstand zwischen den einzelnen Impulsen,
4 eine Abwandlung der in 3 dargestellten Sendevorrichtung,
5 eine erfindungsgemäße Sendevorrichtung zur Erzeugung zweier Impulsfolgen mit zufällig bzw. pseudozufällig variierendem zeitlichen Abstand zwischen zwei aufeinander folgenden Impulsen der Impulsfolge,
6 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sendevorrichtung (6a) zur Erzeugung zweier Impulsfolgen mit zufällig oder pseudo-zufällig variierendem Impulsabstand und zeitliche Verläufe ausgewählter in der Sendevorrichtung auftretender Signale (6b),
7 Ausführungsbeispiel eines Monoflops (7a) und zeitliche Verläufe des Eingangssignals und des Ausgangssignals (7b) des Monoflops.
In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit gleicher Bedeutung.
1a veranschaulicht den zeitlichen Verlauf eines zu übertragenden Nutzsignals Sin und zweier erfindungsgemäß daraus resultierender Impulsfolgen Spos, Sneg, wobei die erste Impulsfolge Spos über einen ersten Kanal und die zweite Impulsfolge Sneg über einen zweiten Kanal übertragen wird. Die Kanäle, über welche die Impulsfolgen Spos, Sneg übertragen werden, enthalten beispielsweise ein magnetisches Kopplungselement, wie z.B. einen Transformator, als Potentialbarriere.
Das zu übertragende Nutzsignal Sin ist ein zweiwertiges oder binäres Signal, das im Wechsel einen ersten Signalpegel P1 oder einen zweiten Signalpegel P2 annimmt. Bei dem Verfahren gemäß 1 dient die erste Impulsfolge Spos zur Übertragung der in einem Wechsel des Pegels von dem ersten Signalpegel P1 zu dem zweiten Signalpegel P2 enthaltenen Information. Dazu wird zeitlich nach dem Pegelwechsel eine Folge von Impulsen erzeugt, wobei der zeitliche Abstand zwischen den einzelnen Impulsen mit zunehmendem zeitlichen Abstand zu dem Pegelwechsel zunimmt. Die zweite Impulsfolge Sneg ist Null, solange das Nutzsignal Sin den Wert des zweiten Pegels P2 annimmt.
Die zweite Impulsfolge Sneg dient zur Übertragung der in einem Wechsel von dem zweiten Signalpegel P2 zu dem ersten Signalpegel P1 enthaltenen Information. Die zweite Impulsfolge Sneg umfasst eine Anzahl zeitlich aufeinander folgender Impulse, wobei der zeitliche Abstand zwischen zwei Impulsen mit zunehmendem Abstand zu dem Pegelwechsel zunimmt. Dabei ist die erste Impulsfolge Spos null, wenn das zu übertragende Signal Sin den ersten Pegel annimmt.
Ein am anderen Ende des Kanals angeordneter Empfänger ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren so ausgebildet, dass er in der Lage ist, die über den ersten Kanal bzw. den zweiten Ka nal empfangenen Impulse zu detektieren und eine empfängerseitig angeordnete Schaltungsanordnung in geeigneter Weise anzusteuern. Dabei genügt beispielsweise ein Impuls der ersten Impulsfolge Spos, um die Schaltungsanordnung, beispielsweise einen Leistungstransistor, in einen ersten Schaltzustand zu überführen, und ein über den zweiten Kanal empfangener Impuls der zweiten Impulsfolge Sneg genügt, um die Schaltungsanordnung in einen zweiten Zustand zu überführen.
Aus Redundanzgründen werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren jedoch für jeden Pegelwechsel mehrere zeitlich aufeinander folgende Impulse übertragen, wobei der zeitliche Abstand zweier aufeinander folgender Impulse auch eine Information dahingehend enthält, wie lange der Pegelwechsel bereits zeitlich zurückliegt. Kurz nach dem Pegelwechsel werden innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums mehr Impulse übertragen, als während eines Zeitraumes gleicher Länge zu einem späteren Zeitpunkt, um mit hoher Wahrscheinlichkeit nach dem Pegelwechsel wenigstens einen der Impulse korrekt zu übertragen und die empfängerseitig angeschlossene Schaltungsanordnung in den entsprechenden Schaltzustand zu überführen. Sorgen starke Störungen auf dem Kanal kurz nach dem Pegelwechsel dafür, dass keiner der Impulse korrekt übertragen wird, während die Störungen danach abklingen, so sorgt einer der später mit größerem zeitlichen Abstand erzeugten Impulse dafür, dass die empfängerseitige Schaltungsanordnung in den vorgesehenen Schaltzustand überführt wird.
Durch die Erhöhung der zeitlichen Abstände zwischen den einzelnen Impulsen mit zunehmendem zeitlichen Abstand zu dem Pegelwechsel reduziert sich der Energieverbrauch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren.
2a veranschaulicht die zeitlichen Abfolgen des zu übertragenden Signals Sin, der ersten Impulsfolge Spos, die aus dem Pegelwechsel von dem ersten Pegel P1 zu dem zweiten Pegel P2 resultiert, und der zweiten Impulsfolge Sneg, die aus dem Pegelwechsel von dem zweiten Pegel P2 zu dem ersten Pegel P1 resultiert, über der Zeit bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Bei dieser Ausführungsform ist vorgesehen, die einzelnen Impulse der ersten und zweiten Impulsfolge Spos, Sneg, mit zufällig oder pseudo-zufällig zeitlich variierendem Abstand zu generieren.
Die erste Impulsfolge Spos ist dabei null, wenn das zu übertragende Signal Sin den Wert des ersten Signalpegels P1 annimmt, und die zweite Impulsfolge Seng ist null, wenn das zu übertragende Signal Sin den zweiten Signalpegel P2 annimmt.
Die 1a und 2a veranschaulichen zweikanalige Übertragungsverfahren. Dabei werden über die beiden Kanäle jeweils positive Impulsfolgen übertragen werden, wobei die Impulsfolge Spos an dem ersten Kanal eine steigende Flanke des zu übertragenden Signals Sin und die Impulsfolge Sneg an dem zweiten Kanal eine fallende Flanke dieses Signals Sin signalisiert.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist selbstverständlich auch auf eine einkanalige Signalübertragung anwendbar, wobei nach einer steigenden Flanke dann beispielsweise eine Impulsfolge mit positiven Impulsen und ungleichmäßigen zeitlichen Abständen und nach einer fallenden Flanke dann beispielsweise eine Impulsfolge mit negativen Impulsen und ungleichmäßigen zeitlichen Abständen erzeugt und über den Kanal übertragen wird, wie dies anhand der Signalfolgen in den 2a und 2b veranschaulicht ist.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Sendevorrichtung zur Erzeugung der ersten Impulsfolge Spos und der zweiten Impulsfolge Sneg abhängig von dem Signal Sin gemäß dem in
1 veranschaulichten Verfahren.
Die Sendevorrichtung umfasst einen Eingang, dem das zu übertragende Signal Sin zugeführt ist. Das Signal Sin wird dabei einem ersten Hochpassfilter HP1 und über einen Invertierer INV einem zweiten Hochpassfilter HP2 zugeführt, wobei ein Ausgangssignal des ersten Hochpassfilters HP1 einen ersten spannungsgestreuten Oszillator VCO1 und ein Ausgangssignal des zweiten Hochpassfilters HP2 einen zweiten spannungsgesteuerten Oszillator VCO2 ansteuert. Die spannungsgesteuerten Oszillatoren VCO1, VCO2 stellen an ihren Ausgängen jeweils ein periodisches Signal zur Verfügung, wobei die Frequenz dieses periodischen Signals von der am Ausgang des vorgeschalteten Hochpassfilters HP1 bzw. HP2 anliegenden Signals abhängig ist, und wobei die Frequenz der Ausgangssignale der spannungsgesteuerten Oszillatoren VCO1, VCO2 mit zunehmender Amplitude des an ihren Eingängen anliegenden Signals zunimmt.
Den spannungsgesteuerten Oszillatoren VCO1, VCO2 ist jeweils ein Komparator K1, K2, nachgeschaltet, der die Pegel der Ausgangssignale der spannungsgesteuerten Oszillatoren VCO1, VCO2 mit einem Referenzsignal Vref vergleicht und somit aus den üblicherweise sinusförmigen Ausgangssignalen der spannungsgesteuerten Oszillatoren VCO1, VCO2, rechteckförmige Signale generiert. Ein Ausgangssignal des ersten Komparators K1 ist einem ersten Monoflop MF1 und das Ausgangssignal des zweiten Komparators K2 ist einem zweiten Monoflop MF2 zugeführt. Der Ausgang des ersten Monoflops MF1 ist dabei über einem ersten Schalter SW1, der durch das Nutzsignal Sin angesteuert ist, an einen ersten Kanal gekoppelt, und der Ausgang des zweiten Monoflops MF2 ist über einen zweiten Schalter SW2, der durch das invertierte Eingangssignal angesteuert ist, an einen zweiten Kanal gekoppelt. Jeder der beiden in 3 gestrichelt eingezeichneten Kanäle umfasst eine Potentialbarriere KP1, KP2, beispielsweise ein magnetisches Kopplungselement zur induktiven Übertragung der senderseitig erzeugten Impulsfolgen Spos, Sneg an einen am anderen Ende der Kanäle ange schlossenen Empfänger REC. Dieser Empfänger REC erzeugt aus den am anderen Ende der Kanäle empfangenen Impulsfolgen ein von dem Nutzsignal Sin abhängiges Ausgangssignal Sout, wobei das Ausgangssignal Sout bei einem störungsfreien Kanal mit dem Eingangssignal Sin übereinstimmt.
Die Funktionsweise der in 3 dargestellten Schaltungsanordnung wird nachfolgend kurz erläutert:
Solange das Eingangssignal Sin den ersten Signalpegel P1 annimmt, der einer logischen Null entspricht, ist der erste Schalter SW1 geöffnet, so dass keine Impulse über den ersten Kanal KP1 gesendet werden. Wechselt das Eingangssignal Sin von dem ersten Signalpegel P1 auf den zweiten Signalpegel P2, so wird dieser Wechsel des Signalpegels durch das Hochpassfilter HP1 nur langsam an den spannungsgesteuerten Oszillator VCO1 weitergegeben, wodurch zunächst noch ein Signal mit einem hohen Pegel an dem Eingang des spannungsgesteuerten Oszillators VCO1 anliegt. Der Pegel dieses am Eingang des spannungsgesteuerten Oszillators VCO1 anliegenden Signals nimmt über der Zeit mit zunehmendem zeitlichen Abstand zu dem Pegelwechsel des zu übertragenden Nutzsignals Sin zu. Der spannungsgesteuerte Oszillator VCO1 stellt kurz nach dem Pegelwechsel somit noch ein Signal mit hoher Frequenz zur Verfügung, wobei die Frequenz dieses Signals mit zunehmender Amplitude des am Eingang des spannungsgesteuerten Oszillators VCO1 anliegenden Signals abnimmt. Dementsprechend liegt am Ausgang des Komparators K1 eine Rechteckimpulsfolge an, wobei der zeitliche Abstand der einzelnen Impulse der Impulsfolge mit zunehmendem zeitlichen Abstand zu dem Pegelwechsel des Eingangssignals Sin zunimmt. Das Monoflop MF1 ist dazu ausgebildet, zu jeder steigenden Flanke oder zu jeder fallenden Flanke einen Impuls einer vorgegebenen Zeitdauer zu erzeugen. Die am Ausgang des ersten Monoflops MF1 anliegende Impulsfolge wird über den dann geschlossenen Schalter SW1 an den ersten Kanal KP1 abgegeben.
Der zweite Schalter SW2 ist geöffnet, solange das Eingangssignal Sin den zweiten Signalpegel P2 aufweist, so dass keine Impulse an den zweiten Kanal KP2 ausgegeben werden.
Wechselt der Pegel des Eingangssignals Sin von dem zweiten Signalpegel P2 zu dem ersten Signalpegel P1, wechselt also das am Eingang des Hochpassfilters HP2 anliegende Signal vom Pegel einer logischen Null auf den Pegel einer logischen Eins, so wird der Schalter SW2 geschlossen und an dem zweiten Kanal KP2 wird die zweite Impulsfolge Sneg bereitgestellt, wobei die Funktionsweise der Anordnung mit dem zweiten Hochpassfilter HP2, dem spannungsgesteuerten Oszillators VCO2, dem Komparator K2 und dem zweiten Monoflop MF2 der Funktionsweise der zuvor erläuterten Anordnung mit dem ersten Hochpassfilter HP1, dem ersten spannungsgesteuerten Oszillator VCO1, dem ersten Komparators K1 und dem ersten Monoflop MF1 entspricht.
Die Hochpassfilter HP1, HP2 sind bei einer nicht näher dargestellten Ausführungsform durch ein Tiefpassfilter mit einem nachgeschalteten Invertierer bzw. invertierenden Operationsverstärker ersetzt.
Ein einfach zu realisierendes Ausführungsbeispiel eines Monoflops ist beispielhaft in 7 dargestellt. Dieses Monoflop umfasst einen Eingang, dem ein Eingangssignal Sin zugeführt ist, wobei das Eingangssignal Sin zum einen direkt einem UND-Gatter und zum anderen verzögert mittels eines Verzögerungsgliedes DEL und eines Inverters INV1 einem zweiten Eingang des UND-Gatters zugeführt wird. Die Signalverläufe, des Eingangssignals IN, des Ausgangssignals OUT und des am Ausgang des Verzögerungsgliedes DEL anliegenden verzögerten Signals Sdel sind beispielhaft in 7b dargestellt. Daraus wird deutlich, dass das Verzögerungsglied das Eingangssignal IN um eine Zeitdauer τ verzögert, wobei am Ausgang nur für diese Zeitdauer τ nach einer steigenden Flanke des Eingangssignals IN ein Impuls anliegt.
4 zeigt eine gegenüber dem Ausführungsbeispiel von 3 abgewandelte Sendevorrichtung, bei der nur ein spannungsgesteuerter Oszillator VCO, nur ein Komparator K und nur ein Monoflop in Reihe geschaltet sind, wobei ein erster Schalter SW3 abhängig von dem Eingangssignal Sin den Ausgang des ersten Hochpassfilters HP1 oder den Ausgang des zweiten Hochpassfilters HP2 an den Eingang des spannungsgesteuerten Oszillators VCO anlegt, und wobei ein zweiter Schalter SW4 abhängig von dem Eingangssignal Sin den Ausgang des Monoflops MF an den ersten Kanal KP1 oder den zweiten Kanal KP2 anlegt. Anders als bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 wird bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 nur eine getaktete Impulsfolge mit über der Zeit abnehmendem Abstand zwischen den einzelnen Impulsen erzeugt, wobei abhängig von dem Eingangssignal Sin diese erzeugte Impulsfolge an den ersten Kanal KP1 oder den zweiten Kanal KP2 ausgegeben wird.
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sendevorrichtung zur Erzeugung einer ersten Impulsfolge Spos und einer zweiten Impulsfolge Sneg abhängig von einem zu übertragenden Signal Sin, wobei die zeitlichen Abstände der einzelnen Impulse zufällig oder pseudo-zufällig variieren.
Die Sendevorrichtung umfasst zwei identisch aufgebaute Zweige, wobei ein erster Zweig einen ersten Signalgenerator SG1, einen ersten Komparator K1 und ein dem Komparator nachgeschaltetes Monoflop MF12 aufweist, und wobei ein zweiter Zweig einen zweiten Signalgenerator SG2, einen zweiten Komparator K2 und ein dem zweiten Komparator K2 nachgeschaltetes Monoflop MF22 aufweist. Dem ersten Signalgenerator SG1 ist das Eingangssignal Sin zugeführt und dem zweiten Signalgenerator SG2 ist das mittels eines Inverters INV invertierte Eingangssignal Sin zugeführt. Die beiden Signalgeneratoren SG1, SG2 erzeugen abhängig von dem Eingangssignal Sin ein periodisches Signal, beispielsweise ein periodisches Sägezahnsignal S1, S2, wobei die Signalgeneratoren SG1, SG2 durch das Eingangssignal Sin eingeschaltet oder ausgeschaltet werden bzw. durch das Eingangssignal Sin zur Erzeugung eines periodischen Signals freigegeben oder gesperrt werden.
Die Sendevorrichtung umfasst weiterhin einen Rauschsignalgenerator RG, der ein Rauschsignal S3 generiert, wobei dieses Rauschsignal S3 zu dem Ausgangssignal des ersten Signalgenerators SG1 und zu dem Ausgangssignal des zweiten Signalgenerators SG2 addiert wird, und wobei ein aus der Addition des durch den ersten Signalgenerator SG1 gelieferten Signals S1 und des Rauschsignals S3 resultierendes Signal dem ersten Komparator K1 zugeführt wird und wobei ein aus der Addition des Ausgangssignals S2 des zweiten Signalgenerators SG2 und des Rauschsignals S3 resultierendes Signal dem zweiten Komparator K2 zugeführt wird. Die Komparatoren K1, K2 vergleichen die ihnen zugeführten Signale mit einem Referenzsignal Vref.
Sind die am Ausgang der Signalgeneratoren SG1, SG2 anliegenden Signale S1, S2 Sägezahnsignale, so würde ohne das Rauschsignal S3 am Ausgang der Komparatoren K1, K2 jeweils ein periodisches Signal mit konstanter Frequenz anliegen, da die Signale S1, S2 in regelmäßigen Zeitabständen die geeignet gewählte Spannungsschwelle Vref überschreiten und unterschreiten. Das Rauschsignal S3 sorgt nun dafür, dass das aus der Addition der Signale S1 und S3 resultierende Signal S13 und das aus der Addition der Signale S2 und S3 resultierende Signal S23 zufällig während einiger Perioden des Signals S1 bzw. S2 die Schwelle Vref nicht überschreitet oder früher überschreitet als dies allein aufgrund der Generator-Ausgangssignale S1, S2 der Fall wäre, oder später überschreitet, als dies aufgrund der Generator-Ausgangssignale S1, S2 der Fall wäre. Die Monoflops MF12, MF22 erzeugen mit jeder steigenden Flanke der Komparatorausgangssignale KS1, KS2 einen Impuls vorgegebener Länge.
Zusammenfassend wird bei einem Eingangssignal Sin mit einem Signalpegel, der einer logischen Eins entspricht, der erste Signalgenerator SG1 zur Erzeugung eines periodischen Signals S1 angesteuert, so dass am Ausgang des ersten Zweiges eine Impulsfolge mit zeitlich aufeinander folgenden Impulsen bereitsteht, wobei die zeitlichen Abstände der einzelnen Impulse bedingt durch das Rauschsignal S3 zufällig variieren. Der zweite Signalgenerator SG2 ist dabei ausgeschaltet. Wechselt das Eingangssignal Sin auf einen Signalpegel, der einer logischen Null entspricht, so wird der erste Signalgenerator SG1 ausgeschaltet und der zweite Signalgenerator SG2 wird eingeschaltet und erzeugt ein periodisches Signal S2, aus dem zusammen mit dem Rauschsignal S3 eine Impulsfolge Sneg resultiert, deren Impulse zufällig variierende zeitliche Abstände besitzen.
Vorteilhafterweise umfasst der an den ersten Kanal KP1 gekoppelte erste Zweig der Sendevorrichtung ein weiteres Monoflop MF11 und der zweite Zweig umfasst ebenfalls ein weiteres Monoflop MF21, wobei dem Monoflop MF11 des ersten Zweiges das Eingangssignal Sin und dem Monoflop MF21 des zweiten Zweiges das invertierte Eingangssignal Sin zugeführt ist. Das Ausgangssignal des Monoflops MF11 des ersten Zweiges wird mit dem Ausgangssignal des Monoflops MF12 addiert und bildet die an den ersten Kanal KP1 gesendete Impulsfolge Spos. Das Ausgangssignal des Monoflops MF21 des zweiten Zweiges wird entsprechend mit dem Ausgangssignal des Monoflops MF22 addiert und bildet die an den zweiten Kanal KP2 gesendete Impulsfolge Sneg. Die beiden Monoflops MF11, MF21 sorgen dafür, dass unmittelbar nach einem Pegelwechsel des Eingangssignals Sin ein erster Impuls an den jeweiligen Kanal KP1, KP2 gesendet wird. Alle Monoflops MF11, MF12, MF21, MF22 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind dazu ausgebildet, Impulse bei steigenden Flanken des jeweiligen Eingangssignals zu erzeugen.
6a zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sendevorrichtung zur Erzeugung einer Impulsfolge mit zufällig bzw. pseudo-zufällig variierenden zeitlichen Abständen zwischen den einzelnen Impulsen.
Die Sendevorrichtung besitzt wiederum zwei identisch aufgebaute Zweige, wobei jeder der Zweige ein rückgekoppeltes Schieberegister SR1, SR2 zur Erzeugung einer binären Zufallsfolge umfasst. Jedem der Schieberegister SR1, SR2 ist ein UND-Gatter G1, G2 nachgeschaltet, wobei einem weiteren Eingang des ersten UND-Gatters G1 das Eingangssignal Sin und einem weiteren Eingang des zweiten UND-Gatters G2 das invertierte Eingangssignal Sin zugeführt sind. Den UND-Gattern G1, G2 sind jeweils ein Monoflop MF12, MF22 nachgeschaltet.
Zur Taktung der rückgekoppelten Schieberegister SR1, SR2 ist ein Taktgenerator CG vorhanden, der ein Taktsignal CLK bereitstellt, welches zum Einen den Schieberegistern SR1, SR2 und zum Anderen weiteren Eingängen der UND-Gatter zugeführt ist.
Rückgekoppelte Schieberegister liefern in hinlänglich bekannter Weise pseudo-zufällige Binärfolgen. In dem Beispiel wird das Taktsignal CLK nach Maßgabe des Eingangssignals Sin und nach Maßgabe der durch das erste Schieberegister SR1 erzeugten Binärfolge S4 an das dem UND-Gatter G1 nachgeschaltete Monoflop MF12 weitergegeben, und das Taktsignal CLK wird nach Maßgabe des invertierten Eingangssignals Sin und nach Maßgabe der durch das zweite Schieberegister SR2 erzeugten Binärfolgen S5 an das dem UND-Gatter G2 nachgeschaltete Monoflop MF12 weitergegeben. Als erste Impulsfolge Spos steht damit eine pseudo-zufällige Impulsfolge zur Verfügung, solange das Eingangssignal Sin den Wert einer logischen Eins annimmt. Entsprechend steht als zweite Impulsfolge Sneg eine pseudozufällige Impulsfolge zur Verfügung, solange das Eingangssignal Sin den Wert einer logischen Null annimmt. Die bereits im Zusammenhang mit 5 erläuterten weiteren Monoflops MF11, MF21 bewirken, dass unmittelbar nach einem Pegelwechsel des Eingangssignals Sin ein Impuls an den jeweiligen Kanal KP1, KP2 ausgegeben wird.
Der zeitliche Verlauf des Eingangssignals Sin, des Ausgangssignals S4, des Schieberegisters SR1 und der resultierenden Impulsfolge Spos sind beispielhaft in 6b dargestellt. Daraus wird deutlich, dass Impulse dann im Takt des Taktsignals übertragen werden, wenn das Eingangssignal Sin den Pegel einer logischen 1 annimmt und wenn die pseudozufällige Binärfolge den Pegel einer logischen 1 annimmt. Die zeitlichen Abstände der einzelnen Impulse der Impulsfolge Spos variieren bei dieser Sendevorrichtung im Bereich ganzzahliger Vielfacher einer Periodendauer T, wobei f=1/T die Frequenz ist, mit welcher die Schieberegister SR1 die pseudo-zufälligen Binärfolgen S4, S5, bereitstellen. Die Erzeugung der ersten Impulsfolge Spos ist abhängig von dem Eingangssignal Sin, der pseudo-zufälligen Binärfolge S4 und dem Taktsignal.
Bei einer nicht näher dargestellten Ausführungsform wird darauf verzichtet, den UND-Gattern G1, G2 das Taktsignal zuzuführen. In diesem Fall wird mit jeder steigenden Flanke des Binärsignals eine Impulsfolge Spos erzeugt, und mit jeder fallenden Flanke wird eine Impulsfolge Sneg erzeugt.
Des weiteren besteht bei einer nicht näher dargestellten Ausführungsform die Möglichkeit, nicht abhängig von der steigenden Flanke des Binärsignals S4 sondern abhängig von deren Amplitude die Ansteuerimpulse zu erzeugen, d.h. so lange, solange das Signal S4 den Wert einer logischen Eins annimmt, aufeinander folgende Ansteuerimpulse zu generieren.

DEL: Verzögerungsglied
FS, RS: Flip-Flop
G1, G2: UND-Glieder
IN: Eingangssignal
INV: Inverter
INV1: Inverter
K: Komparator
K1, K2: Komparatoren
KP1, KP2: Kopplungselemente
KS1, KS2: Komparatorausgangssignale
MF: Monoflop
MF1, MF2: Monoflops
MF11, MF12, MF21, MF22: Monoflops
OUT: Ausgangssignal
P1: erster Signalpegel
P2: zweiter Signalpegel
Rec: Empfänger
RG: Rauschgenerator
S1, S2: Generatorsignale
S13, S23: Additionssignal
S3: Rauschsignal
S4, S5: pseudo-zufällige Binärfolgen
Sdel: verzögertes Eingangssignal
Sneg: zweite Impulsfolge
SG1, SG2: Signalgeneratoren
Sin: zu übertragendes Nutzsignal
Sout: Ausgangssignal
Spos: erste Impulsfolge
SR1, SR2: rückgekoppeltes Schieberegister
SW1, SW2: Schalter
SW3, SW4: Schalter
HP1, HP2: Hochpassfilter
VCO: spannungsgesteuerter Oszillator
VCO1, VCO2: spannungsgesteuerte Oszillatoren

Claims

Verfahren zur Übertragung eines zweiwertigen, einen ersten Signalpegel oder einen zweiten Signalpegel aufweisenden Signals (Sin) über wenigstens einen Kanal, wobei nach einem Wechsel des Signalpegels des Signals (Sin) eine Impulsfolge (Spos, Sneg) mit zeitlich beabstandeten Impulsen an den Kanal ausgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Abstand jeweils zweier aufeinanderfolgender Impulse der Impulsfolge (Spos, Sneg) ungleichmäßig ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der zeitliche Abstand zweier aufeinanderfolgender Impulse der Impulsfolge (Spos, Sneg) mit zunehmendem zeitlichen Abstand zu dem Pegelwechsel zunimmt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der zeitliche Abstand zweier aufeinanderfolgender Impulse der Impulsfolge (Spos, Sneg) zufällig oder pseudo-zufällig variiert.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Kanal eine Potentialbarriere (KP1, KP2) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Kanal einen magnetischen Übertrager (KP1, KP2) umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem ein erster Kanal und ein zweiter Kanal vorgesehen sind, wobei nach einem Wechsel des Signalpegels des Signals (Sin) von dem ersten Signalpegel (P1) zu dem zweiten Signalpegel (P2) eine erste Impulsfolge (Spos) an den ersten Kanal ausgegeben wird und bei dem nach einem Wechsel des Signalpegels von dem zweiten Signalpegel (P2) zu dem ersten Signalpegel (P1) eine zweite Impulsfolge (Sneg) an den zweiten Kanal ausgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die erste Impulsfolge (Spos) mit einem Übergang von dem zweiten Signalpegel P2) zu dem ersten Signalpegel (P1) endet und bei dem die zweite Impulsfolge mit einem Übergang des Signalpegels von dem ersten Signalpegel (P1) zu dem zweiten Signalpegel (P2) endet.
Sendevorrichtung zum Senden der in einem zweiwertigen, einen ersten oder zweiten Signalpegel aufweisenden Signals (Sin) enthaltenen Information über einen Kanal, wobei der Sendevorrichtung das Signal (Sin) zugeführt ist und die Sendevorrichtung an den Kanal gekoppelt ist und nach einem Wechsel des Signalpegels des Signals (Sin) wenigstens eine Impulsfolge (Spos, Sneg) mit ungleichmäßigem zeitlichen Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen bereitstellt.
Sendevorrichtung nach Anspruch 8, bei der der zeitliche Abstand zweier aufeinanderfolgender Impulse der Impulsfolge (Spos, Sneg) mit zunehmendem zeitlichen Abstand zu dem Signalwechsel zunimmt.
Sendevorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Sendeanordnung wenigstens ein Hochpassfilter (HP1, HP2) und einen dem wenigstens einen Hochpassfilter (HP1, HP2) nachgeschalteten spannungsgesteuerten Oszillator (VCO1, VCO2) aufweist, wobei der spannungsgesteuerte Oszillator (VCO1, VCO2) ein Signal bereitstellt, von dessen jeweils momentaner Frequenz der zeitliche Abstand zweier aufeinanderfolgender Impulse der wenigstens einen Impulsfolge (Spos, Sneg) abhängt.
Sendevorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Sendeanordnung wenigstens eine Impulsfolge (Spos, Sneg) erzeugt, bei der der zeitliche Abstand zweier aufeinanderfolgender Impulse der Impulsfolge (Spos, Sneg) zufällig oder pseudo-zufällig variiert.
Sendevorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Sendeanordnung wenigstens einen durch das Eingangssignal (Sin) ange steuerten Signalgenerator (SG1, SG2) und einen Rauschsignalgenerator (RG) aufweist, wobei ein Ausgangssignal des Signalgenerators (S1, S2) und ein Ausgangssignal (S3) des Rauschgenerators (RG) zur Bildung eines Additionssignals (S4, S5) addiert werden und aus dem Additionssignal (S4, S5) die wenigstens eine Impulsfolge (Spos, Sneg) gebildet wird und wobei die Erzeugung eines Impulses der Impulsfolge (Spos, Sneg) von der Amplitude des Additionssignals abhängig ist.
Sendevorrichtung nach Anspruch 12, bei dem das wenigstens eine Additionssignals (S4, S5) einer Vergleicheranordnung (K1, K2) zugeführt ist, wobei der wenigstens einen Vergleicheranordnung (K1, K2) ein Monoflop (MF12, MF22) nachgeschaltet ist.
Sendevorrichtung nach Anspruch 11, die wenigstens eine Signalerzeugungsschaltung (SR1, SR2) zur getakteten Erzeugung eines zweiwertigen Zufallssignals aufweist, das nach Maßgabe des zu übertragenden Signals (Sin) einem nachgeschalteten Monoflop (MF12, MF22) zugeführt ist.
Sendevorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, die wenigstens ein weiteres Monoflop (MF11, MF21) aufweist, dem das zu übertragende Signal (Sin) zugeführt ist, wobei Ausgangssignale des wenigstens einen Monoflops (MF12, MF22) und des wenigstens einen weiteren Monoflops addiert die wenigstens eine Impulsfolge (Spos, Sneg) bilden.