DE19523941C1 - Schnittstellenschaltung zum Anschließen eines elektrischen Geräts an einen Bus - Google Patents

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.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Schnittstellenschaltung anzugeben, mittels derer die Signal­ reflexionen minimiert werden können.

Die Aufgabe wird bei einer Schnittstellenschaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch das Kennzeichen des An­ spruchs 1 gelöst.

Durch die Merkmale des Anspruchs 2 wird erreicht, daß die Si­ gnalreflexionen unabhängig von der Signalübertragungsrichtung minimiert werden.

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.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nach­ folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Dabei zei­ gen:

Fig. 1 mehrere über einen Bus miteinander verbundene elektri­ sche Geräte und

Fig. 2 und 3 je eine Schnittstellenschaltung.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Claims (14)

1. Schnittstellenschaltung zum Anschließen eines elektrischen Geräts an einen Bus, mit einem ersten und einem zweiten Bus­ anschluß, die über eine erste Verbindungsleitung miteinander verbunden sind, so daß an den ersten und den zweiten Busan­ schluß eine erste Ader einer eingehenden und einer abgehenden Busleitung anschließbar sind, wobei das elektrische Gerät über eine erste Stichleitung mit einem ersten Knotenpunkt der ersten Verbindungsleitung verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Verbin­ dungsleitung (12) zur Vermeidung von Signalreflexionen eine erste Induktivität (34, 36) angeordnet ist.

2. Schnittstellenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die er­ ste Induktivität (34, 36) in zwei Teilinduktivitäten (34, 36) aufgeteilt ist, von denen je eine zwischen dem ersten Knoten­ punkt (18) und dem ersten (8) bzw. dem zweiten Busanschluß (10) angeordnet ist.

3. Schnittstellenschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Teilinduktivitäten (34, 36) je eine Kapazität (34′, 36′) paral­ lelgeschaltet ist.

4. Schnittstellenschaltung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Stichleitung (17) eine erste Ergänzungsinduktivität (38) angeordnet ist.

5. Schnittstellenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - 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.

6. Schnittstellenschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß

• - 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.

7. Schnittstellenschaltung nach Anspruch 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß auch die zweite Induktivität (35, 37) in zwei Teilinduktivitäten (35, 37) aufgeteilt ist, von denen je eine zwischen dem zwei­ ten Knotenpunkt (20) und dem dritten (9) bzw. dem vierten (11) Busanschluß angeordnet ist.

8. Schnittstellenschaltung nach Anspruch 3 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß auch den Teilinduktivitäten (35, 37) der zweiten Induktivität (35, 37) je eine Kapazität (35′, 37′) parallelgeschaltet ist.

9. Schnittstellenschaltung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Stichleitung (19) eine zweite Erganzungsinduktivität (39) angeordnet ist.

10. Schnittstellenschaltung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet,

• - 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.

11. Schnittstellenschaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten (28) und der zweiten (31) Abschlußleitung je ein Schalter (29, 32) angeordnet ist, mittels derer die erste (28) und die zweite (31) Abschlußleitung auftrennbar sind.

12. Schnittstellenschaltung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die In­ duktivitäten (34 bis 39), ggf. auch die Kapazitäten (34′ bis 37′), derart dimensioniert sind, daß sie in Verbindung mit dem elektrischen Gerät (3) eine möglichst geringe Reflexion der über den Bus (4) übertragenen Signale bewirken.

13. Schnittstellenschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem Stecker angeordnet ist.

14. Schnittstellenschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie im elektrischen Gerät (3) angeordnet ist.