DE3342763C2

DE3342763C2 - Schaltungsanordnung zum Überwachen von symmetrischen Leitungen

Info

Publication number: DE3342763C2
Application number: DE3342763A
Authority: DE
Inventors: Detlev Dipl.-Ing. 6742 Herxheim Knauer; Andreas Dipl.-Ing. 7515 Linkenheim-Hochstetten Muhr
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1983-11-25
Filing date: 1983-11-25
Publication date: 1985-11-28
Also published as: DE3342763A1

Abstract

Zum Überwachen von symmetrischen Leitungen, über die binäre Signale mit zueinander inversen Signalpegeln übertragen werden, wird der Absolutwert der Differenzspannungen auf den beiden Adern (L1, L2) der symmetrischen Leitung mit einem Referenzwert verglichen. Es wird ein Fehlersignal abgegeben, wenn der Differenzwert kleiner als der Referenzwert ist. Hauptanwendungsgebiet der Erfindung sind digitale Bussysteme.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Überwachen von symmetrischen Leitungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Anordnungen zur symmetrischen Datenübertragung sind vielfach bekannt z. B. auf der Zeitschrift »Der Elektroniker«, Heft Nr. 5/1977, Seite ELlO. Bei der symmetrischen Datenübertragung wird der jeweilige Signalwert nicht als Potential einer Ader gegen Masse, sondern durch den Differenzwert zwischen den Potentialen auf zwei Adern einer Leitung dargestellt Als Leitungsempfänger werden Differenzverstärker verwendet so daß Gleichtaktspannungen, die von Störfeldern in die Leitung eingestreut werden, unterdrückt werden. Bei Kurzschluß oder Unterbrechung einer Ader kann der Signalpegel auf der anderen Ader, vor allem in Verbindung mit einer in diesem Falle wirksamen eingestreuten Störspannung, ausreichen, um den Empfangsverstärker auszusteuern, so daß die Leitung zumindest zunächst nicht gestört erscheint. Erst bei der Auswertung der empfangenen Daten, z. B. durch Prüfen eines milübertragenen Sicherungscodes, können etwaige Fehler festgestellt werden, wobei die Fehlerursache nicht ohne weiteres erkennbar ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu-

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gründe, eine Schaltungsanordnung zum Oberwachen von symmetrischen Leitungen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben Art zu schaffen, mit der Kurzschluß oder Unterbrechung einer Ader sofort und ohne zusätzliches Prüfverfahren festgestellt wird.

-Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung mit den im kennzeichnenden TeL des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst

Vorteilhaft sind für den Vergleich der Differenzspannung zwischen den beiden Adern der symmetrisctien Leitung mit dem Referenzwert zwei Komparatoren vorhanden, von denen der eine an die eine Ader der symmetrischen Leitung und der andere an die andere Ader angeschlossen ist An sie ist eine Logikschaltung angeschlossen, welche das Fehlersignal abgibt Die Komparatoren können gleichzeitig als Empfangsverstärker für die binären Signale dienen; an sie sind daher zweckmäßig außer der Logikschaltung Weiterverarbeilungseinrichtungen für die Nutzsignale angeschlossen. Die Vorspannung der Komparatoren kann mit verschiedenen bekannten Mitteln erreicht werden, z. B. können die Komparatoren Schmitt-Trigger sein, deren Referenzspannung entsprechend gewählt ist, oder es können den Eingängen Zenerdioden vorgeschaltet sein. Vorteilhaft sind jedoch zwei Spannungsteiler vorgesehen, an die die Komparatoren in der in Anspruch 4 beschriebenen Weise angeschlossen sind. Auch in einer solchen Anordnung können die Komparatoren als Empfangsverstärker dienen. Sie bilden dann eine sogenannte »Fail-Safe«-Schaltung, die im Falle eines Fehlers in einen definierten Schaltzustand geht

Die bisher beschriebene Schaltungsanordnung hai den Nachteil, daß sie nur Fehler der symmetrischen Leitung feststellen kann, die sich dahin auswirken, daß die Differenz der Signalpegel kleiner als ein bestimmter Betrag wird. Liegt jedoch die Leitung auf einem hohen Gleichtaktpotential, so tritt dieses im Falle eines Kurzschlusses einer Ader gegen Masse nur noch auf der anderen Ader ai'f, und es werden inverse Signale vorgetäuscht. Derselbe Fehler kann auch bei einem Kurz-Schluß zwischen einer Ader und einem Betriebsspannung führenden Schaltungsteil auftreten. Dieser Nachteil der bisher beschriebenen Anordnung wird erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß der Mittelwert der Spannungen auf den beiden Adern der symmetrischen Leitung gebildet und mit dem Mittelwert der Spannung auf einer zweiten Leitung verglichen wird und daß bei Abweichen der Mittelwerte voneinander um mehr als einen vorgegebenen Betrag em Fehlersignal abgegeben wird. Die Mittelwerte der Spannungen werden zweckmäßig am Mittelabgriff eines Spannungsteilers mit gleichen Teilerwiderständen abgenommen, der zwischen die Leitungsadern geschaltet ist. Diese Mittelwerte entsprechen der Gleichtaktspannung. Im allgemeinen sind mehrere Leitungen nebeneinander verlegt, in die gleiche Störspannungen eingestreut werden, so daß die plötzliche Abweichung ihrer Gleichtaktspannungen voneinander auf einen Fehler schließen läßt. Falls nur eine Leitung zum Übertragen der binären Signale vorhanden ist kann eine Hilfsleitung verwendet werden, die nur dazu dient die eingestreute Gleichtaktspannung zu ermitteln. Diese Hilfsleitung braucht nicht symmetrisch zu sein.

Anhand der Zeichnung werden im folgenden die Erfindung sowie weitere Ausgestaltungen und Ergänzungen näher beschrieben und erläutert.

Mit Li, L2 sind die beiden Adern einer symmetrischen Leitung bezeichnet, die mit einem Abschlußwiderstand Za abgeschlossen ist. Die Ader L 1 ist mit der mittleren Anzapfung b eines Spannungsteilers mit vier Widerständen Rii,Ri2,R 13, R 14 verbunden, der zwischen einer Gleichspannung Ui und Masse liegt Entsprechend liegt die Ader L 2 an ernem Abgriff b' eines zweiten Spannungsteilers R2X, Ä22, R23, .ff 24. Zwischen den Widerständen R 23, R 24 ist an einen Abgriff 2' der nichtinvertierende Eingang eines Komparators Vl, das ist ein Verstärker mit Kippvtrhalten, angeschlossen, dessen invertierender Eingang mit einem Abgriff c, der zwischen den Widerständen R 11, R12 des ersten Spannungsteilers liegt verbunden. An den beiden Komparatoren V1, V2 kann das über die Adern L1, L 2 übertragene Signal abgenommen werden, wobei bei der dargestellten Polung der Verstärkereingänge die an den Ausgängen A 1, Ai auftretenden Signale zueinander invers sind, solange die Potentialdifferenz auf den Adern L 1, L 2 einen Betrag hat der eine durch die Widerstände R 12, R 13 bzw. R 22, R 23 gegebene Vorspannung an den Verstärkereingängen übersteigt Ist die Signaldifferenz auf den Adern Lt, L 2 kleiner ais der vorgegebene Betrag, bringt die Vorspannung an den Widerständen R 12, R 13 und die an den Widerständen R 22, R 23 die Komparatoren Vl, V2 in den gleichen Schaltzustand, bei dem sie z. B. log. »1«-Signal abgeben. Das Signal am Ausgang A 2 des EXKLUSIV-ODER-Gliedes EXO1 ist daher Null, als Zeichen dafür, daß die Differenzspannung auf den Adern L 1, L 2 zu klein ist und ein Fehler vorliegt. Ein solcher Fehler kann z. B. der Kurzschluß der beiden Adern sein. Auch die Unterbrechung einer Ader wird auf diese Weise erkannt, da dann über dem Abschlußwiderstand Z₀ keine Spannung mehr auftritt. Ob ein Kurzschluß gegen eine andere Leitung erkannt wird, hängt davon ab, ob diese Leitung hoch- oder niederohmig ist. Im letzteren Falle sinkt das Nutzsignal auf unzlässig kleine Werte ab, die Differenzspannung auf den Adern L 1, L 2 wird so klein, daß die Ausgangssingale der Komparatoren Vl, V2 nicht mehr die EXKLU-SIV-ODER-Bedingung erfüllen.

Die bisher beschriebene Schaltungsanordnung mit den Spannungsteilern R 11, R 12 ... und R 21, R 22 ... hat den Vorteil, daß im Falle eines fehlenden Differenzsignals auf der Leitung L 1, L 2 die beiden Komparatoren Vl, V2 in einen definierten Schaltzustand gehen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine solche Schaltungsanordnung beschränkt, grundsätzlich ist jede Anordnung geeignet, die feststellen kann, ob der Betrag der Differenzspannung auf den Adern L1 und L 2 größer oder kleiner als ein vorgegebener "Wert ist.

Die beschriebene Schaltung unterdrückt große Gleichtaktspannungen auf den Adern LX, L2. Wird aber z. B. die Ader L 2 bei hoher Gleichtaktspannung gegen Masse kurzgeschlossen, dann liegt am Abgriff b' Massepotential und am Abgriff b die Gieichtaktspannung und der im Vergleich zu dieser kleine Anteil des übertragenen Nutzsignals. Es tritt daher am Abschlußwiderstand Zq trotz der Abnahme des Nutzsignals stets eine so große Signaldifferenz auf, daß die Antivalenzbedingung am Eingang des EXKLUSIV-ODER-Gliedes EXO1 erfüllt ist und ein Fehler nicht gemeldet wird. Entsprechend kann die bisher beschriebene Schaltung versagen, wenn eine Ader gegen eine Leitung kurzgeschlossen wird, die auf einem im Vergleich zum Nutzsignal hohen Potential liegt. Um die symmetrische Leitung Ll, L 2 auch auf solche Fehler überwachen zu können, werden die Potentiale auf den Adern Ll, L 2 über gleich große Widerstände R 1, R 2 und gegebenenfalls einen weiteren Widerstand Ä31 auf einen Sum-

mierpunkt 51 geführt und damit ihr Mittelwert gebildet. Selbstverständlich sind die Widerstände Ri, R 2 groß im Vergleich zum Abschlußwiderstand Z₀. Ist dieser in zwei gleich große Widerstände aufgeteilt, so kann an deren Verbindungspunkt der Mittelwert der Potentiale abgenommen werden. Die Widerstände R 1, R 2 sind in diesem Falle nicht erforderlich. Auf einen Summierpunkt 52 ist über einen Widerstand /?41 der Mittelwert der Potentiale auf den Adern einer nicht darge-

ä stellten zweiten symmetrischen Leitung geführt, die

' I parallel zur ersten Leitung L\,L2 verlegt ist. Bei fehlerfreien Leitungen ist auf diesen die Gleichtaktspannung gleich groß, so daß auch die Spannungen an den Summierpunkten 51 und 52 gleich sind. Diese sind einer

Schaltung mit zwei weiteren Komparatoren V 3, V4,

* einem dritten Spannungsteiler R 33, R 34, R 35, R 36 rr.it

Abgriffen d, e, /und einem vierten Spannungsteiler R 43, R 44, R 45, R 46 mit Abgriffen d', e', /' zugeführt. Die Summierpunkte 51, 52 liegen an den Abgriffen e, e'. Der erste Abgriff c/des dritten Spannungsteilers ist mit dem ersten Eingang + des dritten Komparators V3 und der erste Abgriff d' des vierten Spannungsteilers mit dem ersten Eingang + des vierten Komparators V4 verbunden. Der dritte Abgriff /des dritten Spannungsteilers ist mit dem zweiten Eingang — des vierten Kornparators V4 und der dritte Abgriff /'des vierten Spannungsteilers mit dem zweiten Eingang — des dritten Komparators V 3 verbunden. An die Ausgänge der Komparatoren V3, V4 ist ein Exklusiv-ODER-Glied EXO 2 angeschlossen. Diese Schaltung entspricht der zuvor beschriebenen mit den Komparatoren Vl, V2, den Spannungsteilers R 11 ..., R 21... und dem Exklusiv-ODER-Glied EXO1 und braucht daher nicht im einzelnen erläutert zu werden. Das Exklusiv-ODER-Glied EXO 2 meldet an seinem Ausgang A 3 einen Fehler, wenn die Mittelwerte der Gleichtaktspannungen auf den beiden symmetrischen Leitungen um mehr als einen vorgegebenen Betrag voneinander abweichen. Dies ist z. B. dann der Fall, wenn eine Ader der einen symmetrischen Leitung gegen ein Potential kurzgeschlossen ist, das im Vergleich zur Größe des Nutzsignals erheblich von dem auf den Leitungen vorhandenen Gleichtaktsignal abweicht In diesem Falle ändert sich der Mittelwert der Gleichtaktspannung, und an den Summierpunkten 51,52 treten verschiedene Potentiale auf. Mit dieser Anordnung können nicht nur zwei Leitungen auf Kurzschluß gegen ein großes Gleichspannungspotential überwacht werden, sondern auch eine Vielzahl von Leitungen. Hierzu werden die Mittelwerte der Gleichtaktpotentiale über Bewertungswiderstände R 32, R 42 auf die Summierpunkte 51, 52 geführt Die Widerstände R 31, R 32; R 41, R 42; werden so eingestellt, daß, wenn die Leitungen fehlerfrei sind, die Potentiale an den Summierpunkten gleich sind. Die Spannungsteiler sind einander gleich und sind so eingestellt, daß die Komparatoren bei dem gewünschten Betrag der Differenz der Gleichtaktspannungen ihr Ausgangssignal ändern. Im aligemeinen ist dieser Betrag von dem verschieden, bei dem die Komparatoren Vl, V2 schalten. Die im Ausführungsbeispiel gewählte Polung der Komparatoreingänge kann bei einem oder mehreren Komparatoren vertauscht werden, wenn beachtet wird, daß dann die Fehlersignale an den Ausgängen A 2, A 3 nicht mehr durch log. »!«-Signal, sondern log. »0« bzw. umgekehrt angezeigt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

10 20 30 Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Überwachen von symmetrischen Leitungen, über die binäre Signale mit zueinander inversen Signalpegeln übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Absolutwert der Differenz der Spannung zwischen den beiden Adern (Li₁ L 2) der symmetrischen Leitung mit einem Referenzwert verglichen und ein Fehlersignal abgegeben wird, wenn der Differenzwert kleiner als der Referenzwert ist

Z Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Komparatoren (Vi, V2) vorhanden sind, von denen der eine (Vi) an die eine Ader (L 2) der symmetrischen Leitung und der andere CF2) an die andere Ader (L 1) angeschlossen ise, deren Eingänge (+, -) auf den Referenzwert vorgespannt sind und deren Ausgangssignale einer Logikschaltung zugeführt sind, welche das Fehlersignal abgibt, wenn der Absolutwert der Differenzspannung auf der symmetrischen Leitung kleiner als der Referenzwert ist

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungen auf der symmetrischen Leitung und die Referenzspannung derart den Komparatoren (Vl, V2) zugeführt sind, daß ihre Ausgangssignale antivalent sind, wenn der Absolutwert der Differenzspannung größer als der Referenzwert ist oder umgekehrt, und daß die Logikschaltung ein Antivalenzglied (EXO i) ist

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet

— daß zwei an einer Gleichspannung (U 1) liegende Spannungsteiler (RU, R 12, R 13, R 14; R 21, R 22, R 23, R 24) mit je einem ersten, zweiten und dritten Abgriff (a, b, c; a', b', c') vorgesehen sind,

— daß die beiden Adern (L 1, L 2) der symmetrischen Leitung an die zweiten Abgriffe (b, b') der Spannungsteiler angeschlossen sind;

— daß der erste Abgriff (a) des ersten Spannungsteilers mit dem ersten Eingang ( + ) des zweiten !Comparators (V 2) und der erste Abgriff (a') des zweiten Spannungsteilers mit dem ersten Eingang (+) des ersten Komparators (V 1) verbunden ist;

— daß der dritte Abgriff (c) des ersten Spannungsteilers mit dem zweiten Eingang (—) des ersten Komparators (V 1) und der dritte Abgriff (c') des zweiten Spannungsteilers mit dem zweiten Eingang (—) des zweiten Komparators (V 2) verbunden, ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandswerte der ersten und vierten Widerstände (RU, R 14; R 21, R 24) der Spannungsteiler sowie die der zweiten und dritten Widerstände (R 12, R 13; R 22, R 23) gleich sind.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelwert der Spannungen auf den beiden Adern (L 1, Ll) der symmetrischen Leitung gebildet und mit dem Mittelwert der Spannungen auf einer zweiten Leitung verglichen wird und daß bei Abweichen der Mittelwerte voneinander um mehr als einen vorgegebenen Betrag ein Fehlersignal abgegeben wird.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, da-

60 durch gekennzeichnet daß die Mittelwerte der Spannungen von mehreren symmetrischen Leitungen über Summierwiderstände (R 31, R 32) auf einen ersten Summierpunkt (Si) geführt sind und die an diesem auftretende Spannung mit dem Mittelwert der Spannungen auf den Adern einer weiteren symmetrischen Leitung oder mit der Spannung an einem zweiten Summierpunkt (S 2), auf den die Mittelwerte der Spannungen auf den Adern mehrerer symmetrischer Leitngen über Summierwiderstände (R 4i, R 42) geführt sind, verglichen wird.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß:

— zwei weitere Spannungsteiler (R 33, R 34, R 35, Ä36 bzw. 7?43, R 44, R 45, RAG) mit je einem erstell, zweiten und dritten Abgriff (d, e, f; d', e' f) an einer weiteren Gleichspannung (U 2) liegen;

— die SpanDungsmittelwerte bzw. die Summierpunkte (S 1, S 2) an den zweiten Abgriffen (e, e') liegen;

— der erste Abgriff (d) des dritten Spannungsteilers mit dem ersten Eingang (+) eines dritten Komperators (V3) und der erste Abgriff (d') des vierten Spannungsteilers mit dem ersten Eingang ( + ) eines vierten Komparators (V4) verbunden ist;

— der dritte Abgriff (f) des dritten Spannungsteilers ist mit dem zweiten Eingang (—) des vierten Komparators (V4) und der dritte Abgriff (f) des vierten Spannungsteilers mit dem zweiten Eingang (—) des dritten Komparators (V3) verbunden;

— an die Ausgänge der Komparatoren (V3, VA) ein EXKLUSIV-ODER-Glied (EXO 2) angeschlossen ist

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandswerte der jeweils ersten und vierten Widerstände (R 33, i?36 bzw. R 43, R 46) der beiden weiteren Spannungsteiler sowie die der zweiten und dritten Widerstände (R 34, R 35 bzw. R 44, R 45) gleich sind.