DE19523941C1 - Interface circuit for connecting an electrical device to a bus - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schnittstellenschal tung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Schnittstellenschaltung ist z. B. aus der EP 0 419 708 B1 bekannt. Die Schaltung ist insofern noch nicht ganz optimal, als bei ungünstigen Buskonfigurationen sich Signalreflexionen, die an den Bus teilnehmern auftreten, überlagern können und so Datenübertra gungen über den Bus stören können.The present invention relates to an interface scarf tion according to the preamble of claim 1. Such Interface circuit is e.g. B. known from EP 0 419 708 B1. The circuit is not quite optimal in this respect, as with unfavorable ones Bus configurations are signal reflections that are on the bus Participants can occur, overlay and so data transfer disturbances on the bus.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Schnittstellenschaltung anzugeben, mittels derer die Signal reflexionen minimiert werden können.The object of the present invention is a Specify interface circuit by means of which the signal reflections can be minimized.
Die Aufgabe wird bei einer Schnittstellenschaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch das Kennzeichen des An spruchs 1 gelöst.The task is carried out with an interface circuit according to the Preamble of claim 1 by the character of the An spell 1 solved.
Durch die Merkmale des Anspruchs 2 wird erreicht, daß die Si gnalreflexionen unabhängig von der Signalübertragungsrichtung minimiert werden.The features of claim 2 ensure that the Si Signal reflections regardless of the direction of signal transmission be minimized.
Wenn über den Bus ein Differenzsignal übertragen wird, werden selbstverständlich zwei Adern der Busleitung benötigt. In diesem Fall ist gemäß Anspruch 5 in jeder der Verbindungslei tungen je eine Induktivität angeordnet. Die Induktivitäten können dabei gemäß Anspruch 6 über Kreuz angeordnet sein. Be sonders vorteilhaft ist aber eine vollsymmetrische Anordnung gemäß Anspruch 7.If a differential signal is transmitted over the bus, of course, two wires of the bus line are required. In this case is according to claim 5 in each of the connection lines lines each arranged an inductance. The inductors can be arranged crosswise according to claim 6. Be However, a fully symmetrical arrangement is particularly advantageous according to claim 7.
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nach folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Dabei zei gen: Further advantages and details emerge from the following description of an embodiment. Here zei gene:
Fig. 1 mehrere über einen Bus miteinander verbundene elektri sche Geräte und Fig. 1 several electrical devices connected to one another via a bus and
Fig. 2 und 3 je eine Schnittstellenschaltung. Fig. 2 and 3 each an interface circuit.
Gemäß Fig. 1 sind drei elektrische Geräte 1, 2, 3 über die Bus kabel 4 zu Kommunikationszwecken miteinander verbunden. Der Datentransfer zwischen den Geräten 1 bis 3 erfolgt dabei über die Schnittstellenschaltungen 5 bis 7. Wie aus Fig. 1 ersicht lich ist, sind die Schnittstellenschaltungen 5 und 6 der el ektrischen Geräte 1 und 2 innerhalb der elektrischen Geräte 1 bzw. 2 angeordnet, während die Schnittstellenschaltung 7 des elektrischen Geräts 3 außerhalb des elektrischen Geräts ange ordnet ist. Die Schnittstellenschaltung 7 kann z. B. Bestand teil eines Bussteckers sein.Referring to FIG. 1, three electrical devices 1, 2, 3 interconnected via the bus cable 4 for communication purposes. The data transfer between devices 1 to 3 takes place via interface circuits 5 to 7 . As ersicht of FIG. 1 is Lich, the interface circuits 5 are arranged and 6 of the el ektrischen devices 1 and 2 within the electrical devices 1 and 2, respectively, while the interface circuit 7 of the electrical device 3 outside of the electrical appliance attached is arranged. The interface circuit 7 can, for. B. be part of a bus connector.
Fig. 2 zeigt nun die Schnittstellenschaltung 7 im Detail für den Fall der Differenzsignalübertragung. Die Schnittstellen schaltungen 5 und 6 sind prinzipiell gleich aufgebaut. Der einzige Unterschied ist, daß die Schnittstellenschaltungen 5 und 6 in den elektrischen Geräten 1 und 2 angeordnet sind, während die Schnittstellenschaltung 7 in einem separaten, mit dem elektrischen Gerät 3 verbindbaren Busstecker angeordnet ist. Fig. 2 now shows the interface circuit 7 in detail for the case of the differential signal transmission. The interface circuits 5 and 6 are basically the same. The only difference is that the interface circuits 5 and 6 are disposed in the electrical equipment 1 and 2, while the interface circuit 7 is arranged in a separate, connectable to the electrical device 3 bus connector.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, weist die Schnittstellenschal tung 7 einen ersten Busanschluß 8 und einen dritten Busan schluß 9 auf, an welche die beiden Adern 4′ des eingehenden Buskabels 4 anschließbar sind. Die Schnittstellenschaltung 7 weist ferner einen zweiten Busanschluß 10 und einen vierten Busanschluß 11 auf, an welche die beiden Adern 4′′ eines ab gehenden Buskabels 4 anschließbar sind. Die Busanschlüsse 8 bis 11 sind beispielsweise als Schraubklemmen oder als Feder kraftklemmen ausgebildet.As can be seen from Fig. 2, the interface circuit 7 has a first bus connection 8 and a third bus connection 9 , to which the two wires 4 'of the incoming bus cable 4 can be connected. The interface circuit 7 also has a second bus connection 10 and a fourth bus connection 11 , to which the two wires 4 '' of an outgoing bus cable 4 can be connected. The bus connections 8 to 11 are designed, for example, as screw terminals or as spring force terminals.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, sind der erste und der zweite Busanschluß 8, 10 über eine erste Verbindungsleitung 12 und der dritte und der vierte Busanschluß 9, 11 über eine zweite Verbindungsleitung 13 miteinander verbunden.As can be seen from FIG. 2, the first and the second bus connection 8 , 10 are connected to one another via a first connecting line 12 and the third and fourth bus connection 9 , 11 via a second connecting line 13 .
Die Schnittstellenschaltung 7 weist ferner einen ersten Gerä teanschluß 14 und einen zweiten Geräteanschluß 15 auf, an welche die beiden Kontakte 16 des elektrischen Geräts 3 an schließbar sind. Die Geräteanschlüsse 14, 15 können z. B. Be standteil eines Normsteckers, z. B. eines Sub-D-Steckers, sein. Der erste Geräteanschluß 14 ist über die erste Stich leitung 17 mit dem ersten Knotenpunkt 18 der ersten Verbin dungsleitung 12 verbunden. Ebenso ist der zweite Gerätean schluß 15 über die zweite Stichleitung 19 mit dem zweiten Knotenpunkt 20 der zweiten Verbindungsleitung 13 verbunden.The interface circuit 7 also has a first device connection 14 and a second device connection 15 , to which the two contacts 16 of the electrical device 3 can be closed. The device connections 14 , 15 can, for. B. Be part of a standard connector, for. B. a Sub-D connector. The first device connection 14 is connected via the first branch line 17 to the first node 18 of the first connec tion line 12 . Likewise, the second device 15 is connected via the second stub 19 to the second node 20 of the second connecting line 13 .
Die Schnittstellenschaltung 7 kann, wie in Fig. 1 dargestellt, zwischen zwei weiteren Busteilnehmern angeordnet sein, sie könnte aber auch mit nur einem Busteilnehmer verbunden sein, also das Ende der Busstrecke 4 darstellen. Um im letzteren Fall den Bus 4 terminieren zu können, weist die Schnittstel lenschaltung 7 einen ersten Widerstand 21, einen zweiten Wi derstand 22 und einen dritten Widerstand 23 auf. Wie sofort ersichtlich ist, sind die Widerstände 21 bis 23 über die dritte Verbindungsleitung 24 und die vierte Verbindungslei tung 25 in Reihe geschaltet sowie über die erste Potential leitung 26 und die zweite Potentialleitung 27 mit dem ersten Potential (+) und dem zweiten Potential (-) verbunden.As shown in FIG. 1, the interface circuit 7 can be arranged between two further bus participants, but it could also be connected to only one bus participant, that is to say represent the end of the bus route 4 . In order to be able to terminate the bus 4 in the latter case, the interface circuit 7 has a first resistor 21 , a second resistor 22 and a third resistor 23 . As can be seen immediately, the resistors 21 to 23 are connected in series via the third connecting line 24 and the fourth connecting line 25 and via the first potential line 26 and the second potential line 27 with the first potential (+) and the second potential (- ) connected.
Wie ebenfalls sofort ersichtlich ist, ist die erste Stich leitung 17 über die erste Abschlußleitung 28 und den Schalter 29 mit dem dritten Knotenpunkt 30 der dritten Verbindungs leitung 24 verbunden. Ebenso ist die zweite Stichleitung 19 über die zweite Abschlußleitung 31 und den zweiten Schalter 32 mit dem vierten Knotenpunkt 33 verbunden. Mittels der ge meinsam betätigbaren Schalter 29 und 32 sind die Abschluß leitungen 28 und 31 auftrennbar. Dadurch kann, je nach Schal terstellung, der Bus durch die Widerstände 21 bis 23 termi niert werden öder nicht. Die Widerstände 21 und 23 weisen ge mäß der DIN 19 245 einen widerstandswert von je 390 Ohm auf, der Widerstand 22 einen Wert von 220 Ohm.As can also be seen immediately, the first branch line 17 is connected via the first terminating line 28 and the switch 29 to the third node 30 of the third connecting line 24 . Likewise, the second branch line 19 is connected to the fourth node 33 via the second terminating line 31 and the second switch 32 . By means of the switches 29 and 32 which can be operated together, the termination lines 28 and 31 can be separated. Depending on the switch configuration, the bus can be terminated by resistors 21 to 23 or not. Resistors 21 and 23 have a resistance value of 390 ohms each, according to DIN 19 245, and resistance 22 has a value of 220 ohms.
Über den Bus findet mittels Differenzsignalübertragung gemäß der RS 485-Definition eine digitale Datenübertragung zwischen den elektrischen Geräten 1 bis 3 und weiteren, nicht darge stellten Busteilnehmern statt. Die Datenrate, mit der die In formationen übertragen werden, kann z. B. bis zu 12 MBaud be tragen. Die Pegelwechselzeit ist daher sehr gering, typisch kleiner 10 ns. Für eine sichere Datenübertragung ist daher entscheidend, daß die übertragenen Signale nicht verzerrt und nicht durch Signalechos gestört werden.A digital data transmission between the electrical devices 1 to 3 and other bus participants, not shown, takes place via the bus by means of differential signal transmission in accordance with the RS 485 definition. The data rate at which the information is transmitted, for. B. wear up to 12 Mbaud. The level change time is therefore very short, typically less than 10 ns. It is therefore crucial for secure data transmission that the transmitted signals are not distorted and are not disturbed by signal echoes.
Hierzu weist die Schnittstellenschaltung 7 zwei Induktivitä ten aufs die in vier Teilinduktivitäten 34 bis 37 aufgeteilt sind. Die erste Induktivität 34 ist in der ersten Verbin dungsleitung 12 zwischen dem ersten Busanschluß 8 und dem er sten Knotenpunkt 18 angeordnet. Die zweite Induktivität 35 ist in der zweiten Verbindungsleitung 13 zwischen dem vierten Busanschluß 11 und dem zweiten Knotenpunkt 20 angeordnet. Die dritte Induktivität 36 ist zwischen dem ersten Knotenpunkt 18 und dem zweiten Busanschluß 10 angeordnet. Die vierte Induk tivität 37 ist zwischen dem zweiten Knotenpunkt 20 und dem dritten Busanschluß 9 angeordnet.For this purpose, the interface circuit 7 has two inductances which are divided into four partial inductors 34 to 37 . The first inductor 34 is arranged in the first connec tion line 12 between the first bus connection 8 and the most node 18 . The second inductance 35 is arranged in the second connecting line 13 between the fourth bus connection 11 and the second node 20 . The third inductance 36 is arranged between the first node 18 and the second bus connection 10 . The fourth inductance 37 is arranged between the second node 20 and the third bus connection 9 .
Parallel zu den Teilinduktivitäten 34 bis 37 können, wie in Fig. 2 dargestellt, Kondensatoren 34′ bis 37′ angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ hierzu ist es auch möglich, in den Stichleitungen 17 und 19 je eine Ergänzungsinduktivität 38, 39 anzuordnen.Parallel to the partial inductors 34 to 37 , as shown in Fig. 2, capacitors 34 'to 37 ' can be arranged. Additionally or alternatively, it is also possible to arrange a supplementary inductance 38 , 39 in the stub lines 17 and 19 .
Die Elementarbeschaltung der Schnittstellenschaltung gemäß Fig. 2 besteht entweder aus den Induktivitäten 34 und 35 oder aus den Induktivitäten 36 und 37. Die vollsymmetrische Be schaltung mit den vier Induktivitäten 34 bis 37, gegebenen falle ergänzt durch die Kapazitäten 34′ bis 37′ und die Er gänzungsinduktivitäten 38 und 39, ist jedoch günstiger.The elementary circuit of the interface circuit according to FIG. 2 consists either of the inductors 34 and 35 or of the inductors 36 and 37 . The fully symmetrical loading circuit with the four inductors 34 to 37 , given cases supplemented by the capacitances 34 'to 37 ' and the supplementary inductors 38 and 39 , is cheaper.
Die Induktivitäten 34 bis 39, gegebenenfalls auch die Kapazi täten 34′ bis 37′, sind derart dimensioniert, daß sie in Ver bindung mit der kapazitiven Last des elektrischen Geräts 3 eine möglichst geringe Verzerrung der über den Bus übertrage nen Signale bewirken. Experimentiell wurde festgestellt, daß die Werte der Induktivitäten 34 bis 37 je zwischen 50 und 200 nH, vorzugsweise zwischen 80 und 120 nH, betragen sollten.The inductors 34 to 39 , possibly also the capacities 34 'to 37 ', are dimensioned such that they cause the least possible distortion of the signals transmitted via the bus in conjunction with the capacitive load of the electrical device 3 . It was found experimentally that the values of the inductances 34 to 37 should each be between 50 and 200 nH, preferably between 80 and 120 nH.
In Fig. 3 ist nun detailliert die Schnittstellenschaltung 7 dargestellt, wenn eine sogenannte asymmetrische Datenübertra gung über eine einzige Leitung erfolgt. Dies kann dann ge schehen, wenn die Geräte 1 bis 3 über eine gemeinsame Masse verbindung verfügen. Der Einfachheit halber sind in Fig. 3 die gleichen Elemente wie in Fig. 2 mit den gleichen Bezugszeichen versehen.In Fig. 3, the interface circuit 7 is now shown in detail when a so-called asymmetrical data transmission takes place over a single line. This can happen if the devices 1 to 3 have a common ground connection. For the sake of simplicity, the same elements in FIG. 3 as in FIG. 2 are provided with the same reference symbols.
Claims (14)
- - daß sie einen dritten (9) und einen vierten (11) Busan schluß aufweist, die über eine zweite Verbindungsleitung (13) miteinander verbunden sind, so daß an den dritten (9) und den vierten (11) Busanschluß eine zweite Ader (4′, 4′′) der eingehenden und der abgehenden Busleitung (4) an schließbar sind, so daß über die erste und die zweite Ader (4′, 4′′) der Busleitungen (4) ein Differenzsignal übertrag bar ist,
- - daß das elektrische Gerät (1 bis 3) über eine zweite Stich leitung (19) mit einem zweiten Knotenpunkt (20) der zweiten Verbindungsleitung (13) verbindbar ist und
- - daß in der zweiten Verbindungsleitung (13) eine zweite In duktivität (35, 37) angeordnet ist.
- - That it has a third ( 9 ) and a fourth ( 11 ) bus connection, which are connected to one another via a second connecting line ( 13 ), so that at the third ( 9 ) and the fourth ( 11 ) bus connection a second wire ( 4th ', 4 '') of the incoming and outgoing bus line ( 4 ) can be closed, so that a difference signal can be transmitted via the first and second wires ( 4 ', 4 '') of the bus lines ( 4 ),
- - That the electrical device ( 1 to 3 ) via a second branch line ( 19 ) with a second node ( 20 ) of the second connecting line ( 13 ) can be connected and
- - That in the second connecting line ( 13 ) a second ductility ( 35 , 37 ) is arranged.
- - entweder die erste Induktivität (34) zwischen dem ersten Knotenpunkt (18) und dem ersten Busanschluß (8) und die zweite Induktivität (37) zwischen dem zweiten Knotenpunkt (20) und dem vierten Busanschluß (11) angeordnet ist
- - oder die erste Induktivität (36) zwischen dem ersten Knotenpunkt (18) und dem zweiten Busanschluß (10) und die zweite Induktivität (35) zwischen dem zweiten Knotenpunkt (20) und dem dritten Busanschluß (9) angeordnet ist.
- - Either the first inductor ( 34 ) between the first node ( 18 ) and the first bus connection ( 8 ) and the second inductor ( 37 ) between the second node ( 20 ) and the fourth bus connection ( 11 ) is arranged
- - Or the first inductor ( 36 ) between the first node ( 18 ) and the second bus connection ( 10 ) and the second inductor ( 35 ) between the second node ( 20 ) and the third bus connection ( 9 ) is arranged.
- - daß sie einen ersten (21), einen zweiten (22) und einen dritten (23) Widerstand aufweist,
- - daß der erste Widerstand (21) über eine erste Potentiallei tung (26) mit einem ersten Potential (+) und über eine dritte Verbindungsleitung (24) mit dem zweiten Widerstand (22) verbunden ist,
- - daß der dritte Widerstand (23) über eine vierte Verbin dungsleitung (25) mit dem zweiten Widerstand (22) und über eine zweite Potentialleitung (27) mit einem zweiten Poten tial (-) verbunden ist, und
- - daß die erste Stichleitung (17) über eine erste Abschluß leitung (28) mit einem dritten Knotenpunkt (30) der dritten Verbindungsleitung (24) und die zweite Stichleitung (19) über eine zweite Abschlußleitung (31) mit einem vierten Knotenpunkt (33) der vierten Verbindungsleitung (25) verbunden ist.
- - that it has a first ( 21 ), a second ( 22 ) and a third ( 23 ) resistor,
- - That the first resistor ( 21 ) via a first potential line ( 26 ) with a first potential (+) and a third connecting line ( 24 ) with the second resistor ( 22 ) is connected,
- - That the third resistor ( 23 ) via a fourth connec tion line ( 25 ) with the second resistor ( 22 ) and via a second potential line ( 27 ) with a second potential (-) is connected, and
- - That the first stub ( 17 ) via a first termination line ( 28 ) with a third node ( 30 ) of the third connecting line ( 24 ) and the second stub ( 19 ) via a second termination line ( 31 ) with a fourth node ( 33 ) the fourth connecting line ( 25 ) is connected.
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