用于在发送机和接收机之间进行数据交换的设备

摘要

本发明的数据交换设备包括由电源(VDDA)供电的发送机(SA4)，电缆(C1)，其第一导体和发送机的一个固定电位的点(GNDA)相连，其第二导体和发送机的一个可变电位的点相连，以及接收机(SB4)。所述接收机(SB4)包括用于限定反抗电流通过电缆(C1)的流动的阈值电压的元件。所述设备被以这样的方式来实施，使得其简单并制造成本低。所述设备使得能够互连多个发送机和接收机，并对于电压和寄生电流具有低的敏感性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于交换信息的设备，包括由电源供电的发送机，电缆，其中的第一导体和发送机的一个固定的电位点相连，其中的第二导体和发送机的一个可变电位点相连，以及至少一个接收机。

背景技术

这种设备被广泛地用于交换信息。在一方面，它们要求被保护免受电磁辐射的影响的屏蔽的电缆或铰线对，在另一方面，要求使用用于产生构成信息的信号的电路和用于整形这些信号的电路。例如使用EIB(注册商标)、LONWORKS(注册商标)或RS485标准的数据传输设备是已知的。这种系统是非常具有竞争性的，其使得能够以高的位速率传送信息。不过，对于某些尤其是其中高的位速率不是一个重要的标准的应用，这些设备的尺寸太大。

由现有技术得知一些比较简单的设备。例如在图1中所示的组合设备便是已知的。这种设备包括通过电缆C1彼此相连的发送机SA1和接收机SB1，所述电缆具有两个导体，其电阻用符号RL1和RL2表示。发送机主要包括可控的开关，其由工作在开关方式下的晶体管TA1构成，并且能够使得电缆的导体的两端连接在一起或者断开。接收机SB1本身包括用于提供通过电阻RB1连接到电缆的导体的一端的电压VDDB的电源。电压Us在电缆的导体的两端之间被测量。这个电压Us按照发送机SA的晶体管的状态而改变。因而，信息的内容被编码成为处在发送机处的晶体管TA1的状态的序列，并通过测量在接收机SB1处的电压Us的改变被解码。当晶体管TA1导通时，在连接发送机和接收机的电缆中的电流强度主要由电阻RB1限制。信息的位速率是相当低的，不需要在该图上示出这种布置的电容和电感的影响。

这种设备具有缺点。尤其是，如果设想在同一个线路上使100个接收机和发送机SA1相连，则电流限制电阻被并联设置，其值等于RB1/100。为了避免过大的电流流过发送机TA，需要限制可以相互通信的元件的数量，或者选择大的电阻RB1，例如100乘以引起由发送机TA可允许的最大电流的值。

在这种设备中已知在发送机和接收机处出现共模电压和差模电压，特别是当后者被远距离分开时。

共模电压由箭头Ucm表示。计及电阻RB1，共模电流必然引起电压Us的改变。

差模电压是由流过由在发送机和接收机之间的电缆的导体构成的环路的电流Idm引起的。这些通过电阻RL1和RL2的电流同样引起电压Us的改变。

为了减少由感应电流Idm引起的干扰，使用屏蔽或者扭绞的电缆。此外，使用具有非常小的电阻的导体，并限制分开设备的各个元件的可允许的距离。

关于电阻RB1的值必须找到一个折中。该值必须如此之高，使得允许在最多的元件之间进行通信，并且当发送机TA1接通时，并维持电压Us小于使用该电压的任何逻辑电路的低的逻辑值的上限。相反地，其值必须如此之小，使得限制感应电流的影响。

例如图2所示的设备也是已知的。这种设备包括发送机SA2和接收机SB2，它们通过电缆C1彼此相连，所述电缆具有两个导体，其电阻用符号RL1，RL2表示。发送机A2主要包括用于提供供给电阻RA的电压VDDA的电源，以及串联设置的晶体管TA2。晶体管TA2被一个电路(未示出)控制，并以开关方式操作。接收机SB2主要具有在电缆的两个导体的两端之间的电阻RB2。在该电阻的端子上取得电压Us。因而，信息的内容被编码成为发送机的晶体管TA2的状态的序列，并通过测量在接收机中的电压Us的改变来解码。当晶体管TA2截止时，在连接发送机和接收机的电缆中的电流强度主要由电阻RA限制。

在这种设备中，在给定RA的情况下，电阻RB2的值同样必须如此之大，使得允许连接大量的元件。还必须比电阻RL1，RL2的值大得多。然而，RB2的值必须尽可能小，以便减少共模和差模感应电流的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于传送信息的设备，其能够减轻上述的缺点并改进由现有技术已知的设备。尤其是，本发明提供一种制造成本低的简单的设备，使得能够互连大量的对干扰电流和电压不敏感的发送机和接收机。

按照本发明的用于交换信息的设备的特征在于，其中的一个或几个接收机包括用于限定反抗通过电缆的电流的流动的阈值电压的元件。因而，干扰电压必须大于阈值电压，才能实现电流围绕电缆的流动并被解释为信息。

从属权利要求2到5限定了按照本发明的各种替代的实施例。

附图说明

附图以举例方式表示按照本发明的用于交换信息的设备的实施例。

图1和图2表示从现有技术已知的由电缆连接的使得进行信息交换的发送机-接收机组合设备；

图3表示按照本发明的用于交换信息的设备的第一实施例，包括由电缆连接的发送机和接收机；以及

图4表示按照本发明的用于交换信息的设备的第二实施例，包括由电缆连接的发送机和接收机。

具体实施方式

按照本发明的用于交换信息的设备的第一实施例包括用电缆相互连接的发送机SA3和接收机SB3，所述电缆具有两个导体，其电阻用符号RL1，RL2表示。发送机SA3包括晶体管TA3，并和前述的发送机SA2相同。接收机SB3包括用于对电阻RB4提供电压的电压源VDDB和串联设置的晶体管TB3。发射器TB3的基极通过直流电压发生器P3例如干电池或蓄电池和电阻RB3与电缆的导体的端部相连。晶体管TA3被一个电路(未示出)控制，并以开关方式操作。在晶体管TB3的发射极和集电极之间获得电压Us。

这样，一个信息被编码成为发送机处的晶体管TA3的状态的序列，并通过测量接收机SB2处的电压Us的改变被解码。当晶体管TA3截止时，在连接发送机和接收机的电缆中的电流强度主要由电阻RB3限制。

利用这种结构，能够选择大的电阻RB3，同时对感应电流的影响不敏感。实际上，当差模电压不大于发生器P3的电压加上晶体管TB3的基极和发射极之间的电压时，晶体管TB3保持截止。

例如，发送机SA3和接收机SB3的电压VDDA和VDDB可以等于12V。电阻RA和RB4可以取等于1千欧，RB3等于50千欧，从而允许大量元件互连。发生器的电压可以取等于4.5V，晶体管TB3的基极-发射极电压等于0.6V。

因而，允许晶体管的状态改变的差动电压基本上等于5V。这个值给出一个良好的安全裕度，使得能够阻止感应电流的影响。

这种结构具有使用直流电压发生器例如干电池或蓄电池的缺点。不过在后一种情况下将会注意到，当晶体管TA3断开时，蓄电池通过电阻RA，RL1，RB3，RL2被连续地充电。借以补偿自动放电，并使该元件具有长的寿命。

在这种电路中，不能利用齐纳电压等于4.4V的齐纳二极管代替这个发生器来阻止干扰电压的发生。

具体地说，如果发生器P3用齐纳二极管代替，当晶体管TA3截止时，电流主要由电阻RB3限制，基本上等于(12-5)/50＝0.140mA。这个低值的电压具有这样的结果，即使得在齐纳二极管端子上的电压非常不同于齐纳电压，在这种情况下基本上是0。结果，使得电路对于感应电流是敏感的。

图4表示本发明的设备的第二实施例，这个实施例使得能够解决这个问题。这种设备包括发送机SA4和接收机SB4，它们由电缆C1连接在一起，电缆C1具有两个导体，其电阻用符号RL1，RL2表示。由通过电缆发送的电信号构成的信息可以由发送机SA4发送，并由接收机SB4接收。在图4中为了简明示出了一个发送机和一个接收机。不过，显然，该设备可以包括几个指令发送机和几个在电缆上并联连接的指令接收机。例如，在家庭自动网络中，这种设备使得能够在控制装置，电气设备和传感器之间进行通信。这些元件的每一个可以包括发送机和接收机，使得可以在它们之间进行双向通信。

发送机SA4主要包括向串联设置的电阻RA4和晶体管TA4提供电压VDDA的电源。发送机TA4由一个电路(未示出)控制，并在开关方式下操作。接收机SB4包括用于提供电压VDDB并向与两个并联支路串联设置的电阻RB6和齐纳二极管DZB4供电的电源，所述并联支路分别包括电阻RB7，以及串联设置的晶体管TB4和电阻RB8。电缆的导体的两个末端之一被连接在电阻RB6和齐纳二极管之间，另一个末端借助于电阻RB5和晶体管TB4的基极相连。

该设备例如可以利用以下的值来实施：

VDDA＝VDDB＝12V

RA＝RB6＝1千欧

UZ＝3.9V

RBS＝47千欧

RB7＝4.7千欧

RB8＝100千欧

要从发送机SA4发送给接收机SB4的信息被编码为晶体管TA4的截止和导通状态的时间序列。在接收机SB4借助于分析在电阻RB8的端子上测量的电压Us的变化进行解码。

当晶体管TA4截止时，在晶体管TA4的集电极和发射极之间存在电压。这个电压基本上等于12V。其使电流通过电阻RL1、齐纳二极管DZB4、晶体管TB4、电阻RB5和电阻RL2。二极管DZB4的齐纳电压由流过连接在接收机SB4的电源端子之间的电阻RB6，RB7的电流维持。这个齐纳电压和晶体管TB4的发射极-基极电压反抗通过电缆的电流的流动。当足够的电流流过这个电缆时，晶体管TB4导通，此时电压Us大约等于10V，并由逻辑电路解释为高状态。电阻RB5的大的值使得能够限制电流，并使得能够使一个发送机和许多接收机相连。

当晶体管TA4导通时，在其集电极和发射极之间的电压基本上是0。这具有这样的结果，即，没有电流流过环路。因而晶体管TB4截止，电压Us基本上是0。这被逻辑电路解释为低状态。通过齐纳二极管并使得能够在其端子维持齐纳电压的电流被选择大约是在电缆中可能遇到的感应电流的10倍。这使得能够确保感应的干扰电流不会使晶体管SB4进入导通状态。

这种设备包括大约100个接收机，在1000m长的连接电缆的情况下可以完好地工作。

当然，发送机和接收机可以包括其它的元件例如电容器。晶体管TA4例如可以由微控制器控制。

为了使得在该设备中能够连接更多的元件，电阻RA也可以由晶体管代替。