DE3300218A1

DE3300218A1 - Schaltvorrichtung fuer ein datenuebertragungssystem

Info

Publication number: DE3300218A1
Application number: DE19833300218
Authority: DE
Inventors: Kalman Laszlo Jeno 7800 Freiburg Molnar
Original assignee: National Semiconductor Corp
Current assignee: National Semiconductor Corp
Priority date: 1982-01-07
Filing date: 1983-01-05
Publication date: 1983-08-25
Anticipated expiration: 2003-01-06
Also published as: GB2156119A; GB8300387D0; GB2113437A; JPS58165499A; GB2113437B; GB2156119B; GB8505680D0; FR2519494A1; FR2519494B1; JPH0374558B2; DE3300218C2; US4495497A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltvorrichtung für ein Datenübertragungssystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist allgemein bekannt, dass die Kosten der Verkabelung bei der Instrumentation und auf den dazu benachbarten Gebieten mehr und mehr Bedeutung erhalten. Während die Kosten der Signalverarbeitung mit der Einführung der LSI-Schaltkreise drastisch gefallen sind, haben sich die Verkabelungskosten nicht erheblich geändert.

Es gibt bereits verschiedene Systeme zur Verringerung der Kosten bei der Digitalsignalübertragung durch Verwendung standanäisierter Schnittstellen- und Verkettungssysteme. Es gibt aber noch keine ähnliche Lösung für Analogsignale, Natürlich kann die Digitalsignalübertragung auch zur übertragung von Analogmeßwerten benutzt werden, wenn ein Analog/Digitalwandler an der Sendestelle und ein Digital/Analogwandler am Zielort verwendet werden. Solche Verfahren erfordern jedoch einen Aufwand an zusätzlichen Bauteilen und bergen ausserdem die Möglichkeit zusätzlicher Umwandlungsfehler in sich.

Für Analogsignale sind bereits Verbindungsverfahren, z.B. Verbindungen von Punkt zu Punkt, in Gebrauch, die sehr aufwendig sind. Besonders auf dem Gebiet der Akquisition oder Sammlung von Analogdaten sind die Kosten für die Verdrahtung sehr hoch, weil zwischen jedem Analogsensor und dem entsprechenden Multiplexereingang der

zentralen Datensammeleinheit einzelne Anschlussverbindungen benutzt werden. Die Zahl der Sensoren kann mehrere Hundert betragen.

Ein grosser Teil von Sensoren, wie z.B. Meßgeräte für mechanische Spannungen und andere Brücken- oder Widerstandstemperaturdetektoren, benötigt eine Erregung, die ebenfalls zusätzliche Verdrahtungskosten verursacht. Darüber hinaus wird für Messungen mit hoher Genauigkeit die Erregung geregelt. Dazu werden weitere zusätzliche Rückkopplungsfühlleitungen von der Brücke zur Erregereinheit erforderlich, um Fehler zu vermeiden, die durch den Widerstand der Erregerleitungen verursacht werden. Wenn die erregten Sensoren nicht nahe genug beieinander angeordnet werden, werden sogar mehrere geregelte Erregereinheiten mit weiteren zusätzlichen Leitungen erforderlich, nämlich eine getrennte Erregereinheit für jede Sensorengruppe.

Der Erfindungsgegenstand enthält Quell-/Zielschaltvorrichtungen, Steuersignalschaltvorrichtungen, Steuersignalgeneratoren und eine Quell-ZZiel-ZSteuerschaltverbindung, an welche die Quell-ZZielschaltvorrichtungen und die Steuersignalschaltvorrichtungen angeschlossen sind.

In der nachfolgenden Beschreibung werden die folgenden Kurzbezeichnungen benutzt:

"s/d"-Schaltvorrichtung = Quell-ZZielschaltvorrichtung (source/destination switching device)

V'-Schaltvorrichtung = Steuersignalschaltvorrichtung (control signal switching device) "s/d/c"-Verbindung = Quell-/Ziel-/Steuerverbindung (source/destination/control interconnection). Die "s/d'^Sehaltvorrichtungsn verbinden Analog- oder Digitalsignalquellen und -ziele mit der "s/d/c"-Verbindung. Es kann eine beliebige Zahl von "s/d"-Schaltvorrichtungen verwendet werden.

Die "c"-Schaltvorrichtungen verbinden die Steuer-Signalgeneratoren mit der "s/d/c"-Verbindung. Es kann jede Zahl von "c"-Schaltvorrichtungen angewendet werden.

Die Steuersignalgeneratoren erzeugen die Steuersignale .

Diese Steuersignale wählen und bewirken die Ein- oder Ausschaltung der "s/d"-Schaltvorrichtungen. Die mögliche Zahl von Steuersignalgeneratoren wird durch die Erfindung nicht beschränkt. Wenn mehr als ein Steuersignalgenerator vorhanden ist, darf jeweils nur einer zu einem bestimmten Zeitpunkt zur Wirkung kommen. Der Steuersignalgenerator kann ein Mikroprozessor sein, ein elektronischer Digital- oder Analogschaltkreis mit fester Verdrahtung oder eine Kombination von diesen.

Die "s/d/c"-Verbindung verbindet die Signalquellen und -ziele über die "s/d"-Schaltvorrichtungen. Sie verbindet ausserdem die Steuersignalgeneratoren über die "c"-Schaltvorrichtungen mit den Empfängern der "s/d"-Schaltvorrichtungen. Die mögliche Anzahl von Draht-

leitungen in der "s/d/c"-Verbindung ist beim Erfindungsgegenstand unbeschränkt. Im einfachsten Fall ist nur ein Draht vorhanden, an den sämtliche Schaltvorrichtungen angeschlossen sind, und eine Rückleitung. Die "s/d/c"-Verbindung kann aber auch aus mehreren Drahtleitungen ohne Rückleitungen oder mit einer oder mehreren Rückleitungen bestehen. Jede dieser Drahtleitungen einschliesslich der Rückleitungen der "s/d/c"-Verbindung kann entweder als gemeinsame Verbindung zwischen Quelle und Zielort und für die Steuersignale oder nur als Verbindung zwischen Quelle und Zielort oder nur als Verbindung für die Steuersignale dienen. Im allgemeinen sind beispielsweise einige Drahtleitungen nur als Verbindung zwischen Quelle und Zielort, andere Drahtleitungen nur für die Steuersignale und wiederum andere für beide Zwecke vorgesehen. Die Anzahl der Drahtleitungen jeder dieser Arten ist unabhängig von diesen und nicht durch die Erfindung beschränkt.

Zunächst verbindet die "^'-Schaltvorrichtung den Steuersignalgenerator mit der "s/d/c"-Verbindungsschaltung. Dann sendet der Steuersignalgenerator Botschaften an die "s/d"-Schaltvorrichtungen und die geforderten "s/d"-Schaltvorrichtungen werden eingeschaltet. Hiernach trennt die "c"-Schaltvorrichtung den Steuersignalgenerator von der "s/d/c"-Verbindungsschaltung ab. über die eingeschalteten "s/d"-Schaltvorrichtungen und über die "s/d/c"-Verbindung kommt

eine Analogkette zwischen der ausgewählten Quelle und dem oder den Zielorten zustande. Beim nächsten Arbeitszyklus schaltet der Steuersignalgenerator andere "s/d"-Schaltvorrichtungen ein und stellt eine neue Analogkette her usw.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert, Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Steuerschaltvorrichtung;

IQ Fig. 2 die schematische Darstellung einer Quell-/ Zielortschaltvorrichtung;

P i g, 3 veranschaulicht eine andere Ausführungsform der Quell-/Zielschaltvorrichtung; Fig.¹! veranschaulicht eine Ausführungsform der Erfindung in Form einer Zweidrahtverbindung;

F i g. -5 ist ein Zeittaktdiagramm zur Veranschaulichung der Arbeitsweise der Ausführungsform nach Fig. 4;

F i g. 6 veranschaulicht eine andere Ausführungsform der Quell-/Zielschalt'vorrichtung; F i g. 7 ist ein Zeittaktdiagramm zur Veranschaulichung der Arbeitsweise der Ausführungsform nach Fig. 6;

F i g. 8 zeigt eine Ausführungsform mit interner '"Rückstellung der Quell-ZZielortschaltvorrichtung;

F i g. 9 ist ein Schaltschema zur Veranschaulichung einer Ausführungsform der Erfindung mit Multiplexbetrieb; F i g. 10 zeigt ein Schaltschema zur Erläuterung der Erfindung, wobei verschiedene Erregungsmöglichkeiten

vorger.^hen ι·. i nd;

P i g. 11 ist ein Zeittaktschema zur Erläuterung der Arbeitsweise der Ausführungsform nach Pig. IO und

P i g. 12 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung mit einer Vierdrahtverbindung, bei der eine vereinfachte Steuerschaltvorrichtung und vereinfachte Quell-/Zielortschaltvorrichtungen verwendet sind.

Bei der schematischen Darstellung nach Pig. 1 handelt es sich um eine Ausführungsform einer "c"-Schaltvorrichtung 11 mit zwei abhängigen Schaltern 12 und 13· Die Zahl der Schalter ist allerdings durch die Erfindung nicht beschränkt. Die Schalter können Festkörperschalter oder Relais sein. Die durch den Treiber oder die Antriebsvorrichtung 14 gesteuerten Schalter dienen zur Verbindung des Steuersignalgenerators mit der "s/d/c"-Verbindungs schaltung.

Pig. 2 zeigt eine schematische Darstellung der "s/d"-Schaltvorrichtung 15 mit beispielsweise zwei Schaltern 12 und 13. Auch hier ist die Zahl der Schalter nicht durch die Erfindung beschränkt. Die Schalter sind entweder Pestkörperschalter oder Relais. Die Schalter und 13 verbinden die Quelle oder das Ziel mit der "s/d/c"-Verbindungsschaltung. Fig. 2 zeigt auch Widerstände 16 und 17 in Reihenschaltung mit den Schaltern 12, 13. Die Widerstände können getrennte Widerstände sein, sie können aber auch in die Schalter (im Falle von

Pestkörperschaltern) integriert sein, wenn diese entsprechende Werte aufweisen. Die Aufgabe dieser Widerstände wird später anhand der in Fig. ^l\ gezeigten vollständigen Schaltung erläutert.

Wie Fig. 2 zeigt, wird der Treiber vom Ausgang des Empfängers 21 gesteuert. Dieser Ausgang dient auch als DA-(device activated)Signal, welches anzeigt, dass die "s/d"-Schaltvorrichtung 15 eingeschaltet ist. Wenn eine Anzeige, dass diese Vorrichtung nicht eingeschaltet ist, nicht gebraucht wird, kann der DA-Ausgang fortgelassen werden. Das Eingangssignal zu dem Empfänger ist das von einem Steuersignalgenerator abgegebene Steuersignal. Die Eingangsleitungen des Empfängers 21 sind mit hohen Eingangswiderständen und Puffern 22 und 23 für niedrigen Eingangsstrom versehen. Diese Puffer werden nur gebraucht, wenn der Empfänger an solche Leitungen der "s/d/c"-Verbindung angeschlossen ist, die sowohl zur Quell-/Zielverbindung als auch für Steuersignale dienen. Aufgrund der Mithilfe der Puffer 22 und 23 belastet der Empfänger 21 die Leitungen nicht. Gemäss Fig. 2 sind zwei Eingangsleitungen und zwei entsprechende Puffer vorgesehen. Diese Anzahl ist jedoch durch die Erfindung nicht beschränkt.

Wie in Fig. 2 gezeigt, geht ein ankommendes serielles Digitalsignal zur Ubertragungsdemodulier- und Dekodiereinheit 24. Diese stellt fest, dass es sich um ein Steuersignal handelt und dekodiert es. Die dekodierten Bits werden dann nacheinander in das Register 25 einge-

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führt. Der Inhalt des Registers 25 wird dann mit der fest verdrahteten Geräteadresse und Geräterückstellung verglichen. Die Vergleiche werden mittels zweier parallel geschalteter digitaler Eingangsvergleicher durchgeführt, einem Adressenvergleicher 26 und einem Rüekstellvergleicher 27. Nach Empfang des letzten Bits geht die Demodulierleitung 31 für das empfangene Steuersignal in den Hochzustand und schaltet die beiden UND-Gatter und 33 ein. In Abhängigkeit von den Ausgangswerten der Vergleicher 26 und 27 wird die Flip-Flop-Schaltung 34 entweder gesetzt oder zurückgesetzt, oder sie bleibt unverändert, nämlich dann, wenn die Botschaft für andere Vorrichtungen bestimmt ist.

Der in Fig. 2 gezeigte Empfänger nimmt serielle digitale Steuersignale auf. Der Empfänger soll in der Lage sein, die Steuersignale zu erkennen und sie von einem Quellensignal zu trennen. Diese Erkenntnis wird gewonnen mittels der Ubertragungsdemodulier- und Dekodiereinheit 24 und zwar nach den bekannten Methoden wie sie bei der Digitalsignalübertragung benutzt werden. Eine sehr einfache Trennmethode kann angewendet werden, wenn die Quellsignale auf den Bereich +5V...-5V beschränkt sind, der gewöhnlich gebraucht wird, und wenn das Steuersignal den Hoch/Niedrig-Pegel von +10V/0V hat.

Diese Pegeltrennung wird nicht benötigt (im allgemeinen ist die Steuersignalerkennung einfacher), wenn der Empfänger mit den Drahtleitungen der "s/d/c"-Verbindung

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verbunden ist, die nur für Steuersignale vorgesehen sind, d.h. die Drähte für die von der Quelle zum Ziel gehenden Signale und die Drähte für die Steuersignale sind voneinander getrennt.

Es ist wichtig zu erwähnen, dass die Art der Ausführungen des Empfängers auch eine andere als dargestellt sein kann. Zum Beispiel kann der Empfänger mit parallelen digitalen Steuersignalen arbeiten, oder sogar, weil die "s/d/c"-Verbindung eine auch für analoge Signale geeignete Kette ist, sogar mit analogen Steuersignalen. Im allgemeinen ist der Empfänger 21 eine Vorrichtung, welche ein von dem Steuersignalgenerator ausgesandtes Steuersignal erkennt und es interpretiert. Dann bewirkt, je nach der Nachricht oder Botschaft, der Empfänger 21 die Ein- oder Ausschaltung des Treibers 14 zum Schliessen oder öffnen der Schalter 12 und 13.

Fig. 3 zeigt eine alternative Quell-ZZielschaltvorrichtung 35» bei der die Rückstellnachricht für alle Vorrichtungen gleich ist und diese Nachricht durch einen einfachen Hauptrückstelldekoder 36 erkannt wird.

Pig. 4 zeigt eine mögliche abgewandelte Ausführungsform der Erfindung. Wie in Fig. 4 dargestellt, besteht die "s/d/c"-Verbindung aus zwei Drahtleitungen 37 und 4l. Beide Leitungen dienen zur Verbindung von der Quelle zum Ziel und zur Übermittlung der Steuersignale. An die "s/d/c"-Verbindung sind zwei "c"-Schaltvorrichtungen 11 angeschlossen, welche die Ausgänge der Steuersignal-

p.onorai.oren 4? und 43 damit verbinden, sowie N+M+? "s/dⁿ-Schaltvorrichtungen 35 zum Anschliessen der Quellen S₁...S_n, der Ziele D₁...D_M und der Eingänge der beiden Steuersignalgeneratoren 42 und 43. Sämtliche "s/d"-Schaltvorrichtungen sind so beschaffen wie in Fig. 3 dargestellt.

Das Ziel D_M+1, beispielsweise ein Alarmmonitor oder ein Signalaufzeichnungsgerät j ist immer eingeschaltet, und daher wird eine entsprechende "s/d"-Schaltvorrich-

tung 35 nicht benötigt.

Die Quelle und die Ziele können verschiedene analoge und/oder digitale Einrichtungen sein. Da die Widerstände l6 und 17 in Reihe mit den Schaltern der "s/d"-Schaltvorrichtung 35 angeordnet sind, sollen die Ziele einen genügend hohen Eingangswiderstand aufweisen, um durch Spannungsabfall verursachte Fehler zu vermeiden. Dies lässt sich durch die Verwendung von Eingangspuffern am Ziel gewährleisten. Diese können von der Art sein wie sie bei elektronischen Multiplexsystemen verwendet zu werden pflegen.

Die Steuersignalgeneratoren 42 und 43 können beliebige Vorrichtungen sein, die in der Lage sind, Steuersignale abzugeben, wie z.B. ein Mikroprozessor oder ein fest verdrahteter Schaltkreis.

Die Arbeitsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. wird anhand des Zeittaktdiagramms von Fig. 5 beschrieben, das ein Beispiel für eine Folge von Vorgängen darstellt.

Die Impulse in Pig. 5 stellen die Nachrichten dar, die durch einen der vorhandenen Steuersignalgeneratoren abgegeben werden. Es sei angenommen, dass zunächst der Steuersignalgenerator 42 arbeitet. Vor Abgabe der Nachrichten schaltet der Generator 42 den Treiber der "c"-Schaltvorrichtung 11 für 42 ein, d.h. deren Schalter werden geschlossen und 42 direkt mit der "s/d/c"-Verbindung 47 und 4l verbunden. Bei dem ersten Zyklus sendet der Generator 42 zunächst ein allgemeines Rückstell- oder Resetsignal, das sämtliche "s/d"-Schaltvorrichtungen 35 ausschaltet, so dass sämtliche Schalter dieser geöffnet sind. Die zweite Nachricht adressiert die "s/d"-Vorrichtung 35 für die Quelle S₁, d.h. S. wird mit der "s/d/c"-Verbindung 37 und 4l verbunden. Die dritte und vierte Nachricht adressiert die Ziele D„ und Dg, d.h. D₂ und Dg werden gleichfalls mit der "s/d/c"-Verbindung 37 und 4l verbunden. Nach der vierten Nachricht, der letzten in diesem Arbeitszyklus, schaltet der Steuersignalgenerator 42 den Treiber der "c"-Schalt-Vorrichtung 11 für 42 aus, so dass dessen Schalter, offen sind und der Generator 42 von der "s/d/c"-Verbindung 37 und 4l abgetrennt ist. Nun werden die.Quelle S. und die Ziele Dp, Dg und D_M+^ miteinander verbunden.

Pig. 4 zeigt, dass die "s/d"-Schaltvorrichtungen 35 Widerstände l6 und 17 in Reihe mit den Schaltern aufweisen. Diese Widerstände haben die Aufgabe, einen Kurzschluß des Steuersignalgenerators abzuwenden und zu ge-

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währleisten, dass das Steuersignal vorherrscht, wenn zur gleichen Zeit auch eine Quelle an die "s/d/c"-Verbindung 37 und 4l geschaltet wird. Zum Beispiel sind in dem oben beschriebenen Arbeitszyklus, wenn S., Dp und Dg adressiert werden, die Schalter der "s/d"-Schaltvorrichtung 35 für S. schon eingeschaltet, wenn der Steuersignalgenerator 42 die Adresse für Dp sendet. Das heißt, das Steuersignal aus 42 geht auch zu S.. Da die Quellen oft sehr geringe Widerstände haben, würde ohne die Widerstände 16 und 17 ein Kurzschluß für 42 auftreten. Ähnlich ist die Lage, wenn Dg adressiert wird. Zu dieser Zeit sind die Quelle S. und das Ziel Dp bereits eingeschaltet. Ebenfalls ähnlich ist die Lage bei jeder generellen Rücksetzung, wenn eine der Quellen und ein oder mehrere beim vorherigen Zyklus ausgewählten Ziele im ersten Moment noch eingeschaltet sind. Es ist offensichtlich, dass die Quellen wegen ihres niedrigen Widerstandes einen Kurzschluß für das Steuersignal verursachen können. Wenn, wie üblich, die Ziele einen hohen Eingangswiderstand haben, verursacht dies keine Schwierigkeiten. Es gibt aber manche Arten von Zielen, wie z.B. ein einfaches Relais oder eine einfache digitale Vorrichtung oder ein Ziel für Stromsignale, die einen verhältnismäsöig niedrigen Eingangswiderstand aufweisen.

Deshalb sind die in Reihe mit den Schaltern angeordneten Widerstände 16 und 17 auch nützlich bei den für Ziele benutzten "s/d"-Schaltvorrichtungen 35.

Ein anderer Grund für die Anwendung der Widerstände 16 und 17 liegt darin, die Quellen und Ziele gegen Beschädigung zu schützen, die gegebenenfalls durch das Steuersignal verursacht werden könnten.

Es ist offensichtlich, dass für Quellen und Ziele mit genügend hohem Widerstand und wenn keine Gefahr einer Beschädigung besteht, auch eine Alternative der "s/d"-Schaltvorrichtung 35 benutzt werden kann, bei der die Widerstände l6 und 17 in Reihe mit den Schaltern fortgelassen werden.

Wie in Fig. 4 mit gestrichelten Linien angegeben, können die DA-Ausgänge (für die Anzeige des Einschaltzustandes) der "s/d"-Schaltvorrichtungen auch mit den entsprechenden Quellen und Zielen verbunden werden.

Diese digitalen Ausgänge sind gleich mit den Treibereingängen und zeigen an, dass die Vorrichtungen eingeschaltet sind. Das Signal DA kann beispielsweise dazu benutzt werden, eine Quelle in Gang zu setzen, oder als Abtastimpuls (strobe signal) für von Wechselstrom/Gleichstromumformern gelieferte Ergebnisse.

Die Verbindung zwischen S., D₃, Dg und D^₊₁, eingeschaltet im ersten Arbeitszyklus (Fig. 5)₅ besteht " bis zur nächsten generellen Rückstellung. Wie Fig. 5 zeigt, wird der zweite Arbeitszyklus wieder mit einer generellen Rückstellnachricht eingeleitet, danach werden die Quelle Sp und das Ziel D. durch den Steuersignalgenerator 42 adressiert. Dadurch werden in diesem

zweiten Zyklus S., D. und D^₊ miteinander über die "s/d/c"-Verbindung 37 und 4l verbunden.

Bei dem nächsten in Fig. 5 gezeigten Zyklus überträgt der Steuersignalgenerator 42 die Kontrollfunktion auf den Steuersignalgenerator 43. Dieser Zyklus wird wieder mit einer generellen Rückstellung eingeleitet, dann wird die "s/^"-Schaltvorrichtung 35 für C„ adressiert und der Eingang von C„ wird mit der "s/d/c"-Verbindung 37 und 4l verbunden. (In diesem Fall ist der Eingang von C_? tatsächlich ein Ziel oder ein Bestimmungsort. ) Nun bestehen verschiedene Möglichkeiten zur übertragung der Kontrollfunktion auf Cp. Der DA-Ausgang (Einschaltam-.eige) für die "s/d"-Schaltvorrichtung 35 für Cp zeigt dies unmittelbar für Cp an. Andererseits kann der Steuersignalgenerator 4 2 auch eine bedeutend umständlichere Nachricht über die "s/d/c"-Verbindung und 4l und die geschlossenen Schalter der eingeschalteten "s/d"-Schaltvorrichtung 35 für 43 senden. Eine weitere nicht dargestellte Möglichkeit ist die, dass 42 auch in diesem Arbeitszyklus eine Quelle adressiert. In diesem Fall würde das von 42 gesandte Steuersignal in diesem Arbeitszyklus bedeuten: Generelle Rückstellung, Adressierung von Cp, Adressierung von S^.. S_K ist eine Quelle, welche die komplexe Nachricht der Kontrolle funktionsübertragung erzeugt und sie über die "s/d/c"-Verbindung 37 und 4l zum Eingang von 43 sendet. Nachdem die Kontrolll'unktion übertragen worden ist, bewirkt der

Steuersignalgenerator 43 die Steuerung in der gleichen Weise wie es vorher 42 tat. Wie Fig. 5 zeigt, sind in dem vierten Zyklus S-, und D_M+. und in dem fünften Zyklus S^, D₁, Df-> Dg und D^₊. miteinander verbunden. Fig. 6 zeigt eine abgewandelte "s/d"-Schaltvorrichtung 44, bei der keine Widerstände in Reihe zu den Schaltern 12 und 13 liegen. Eine solche Ausbildung hat den offensichtlichen Vorteil, dass jeder durch die Widerstände 16 und 17 verursachte Spannungsabfall entfällt.

Demzufolge ist das Erfordernis eines hohen Eingangswiderstandes weniger streng; ausserdem verursacht das induzierte Rauschen geringere Rauschsignale auf der "s/d/c"-Verbindung. Die Schaltung arbeitet ähnlich wie die in Fig. 3 gezeigte, hat aber einige zusätzlichen Komponenten. Die allgemeine Rücksetznachricht schaltet den allgemeinen Rücksetzdekoder 36 ein und setzt den Empfänger in den Anfangszustand, d.h. die Ausgänge Q. und Q_E der Flip-Flop-Schaltungen 45 und 46 sind niedrig. Wenn die "s/d"-Schaltvorrichtung 44 adressiert wird, wird die Flip-Flop-Schaltung 45 gesetzt, Q. gelangt in den Zustand Hoch, aber Q„ verbleibt in dem Zustand Niedrig. Nur nachdem alle beabsichtigten "s/d"-Schaltvorrichtungen adressiert sind, sendet der Steuersignalgenerator eine generelle Vorbereitungsnachricht an den generellen Vorbereitungsdekoder 5I₃ der die Flip-Flop-Schaltung 46 sämtlicher "s/d"-Schaltvorrichtungen 44 setzt. Nunmehr ist in allen vorher adressierten "s/d"-

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Schaltvorrichtungen 44 der Ausgang Q. = Hoch und der Ausgang Q„ = Hoch, ein Zustand, durch den der Impulsbreitengenerator 47 getriggert wird. In diesem Augen*- blick schliessen die Schalter 12 und 13 der adressierten "s/d"-Schaltvorrichtungen 44 und verbinden die entsprechenden Quellen und Ziele mit der "s/d/c"-Verbindung 37 und 4l. Die Schalter 12 und 13 bleiben eingeschaltet, d.h. geschlossen, für die durch den Impulsbreitengenerator 47 bestimmte Dauer. Normalerweise sind die Einschaltzeiten, die durch den einzelnen Impulsbreitengenerator 47 der "s/d"-Schaltvorrichtungen 44 bestimmt werden, einander gleich. Wenn die Schalterschließdauer kleiner ist als die Zeit bis zur nächsten generellen Rücksetzung, werden während des Sendens der Steuersignale keine Quellen und Ziele mit der "s/d/c^fI-Verbindung 37 und 4l verbunden, so dass das Problem des Kurzschliessens oder der Beschädigung nicht auftritt .

Pig. 7 zeigt das Zeittaktdiagramm bei Verwendung von "s/d"-Schaltvorrichtungen 44 entsprechend der Pig. 6. Erforderlichenfalls kann der in Fig. 6 gezeigte Stromkreis leicht abgewandelt werden, so dass er Einzelbefähigung oder Einzelbetätigung (individual enable) statt allgemeiner Befähigung oder Betätigung* !general enable) aufweist. Meist bringt dies jedoch keine besonderen Vorteile. Die Abwandlung erfordert nur einen adressierten Digitalvergleicher statt des allgemeinen

+) oder Freigabe

Befähigung»- oder Vorbereitungsdekoders 51; eine ähnliche Lösung wie sie für die in Fig. 2 gezeigte Einzelrückstellung benutzt wird. Die Eingänge dieses Digitalvergleichers würden dann aus dem Ausgang des Registers und einem Befähigungs- oder Bereitschaftskode der fest verdrahteten Vorrichtung bestehen.

Fig. 8 zeigt/eine etwas geänderte Abwandlung zu Fig. 6 mit interner Rückstellung. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, eine allgemeine Rüeksetznachrieht zu senden. In diesem Stromkreis startet die Flip-Flop-Schaltung 46, die in allen "s/d"-Schaltvorrichtungen durch die allgemeine Vorbereitungsnachricht gesetzt ist, den Impulsbreitengenerator 54. Wenn der Impulsbreitengenerator 54 in seinen Dauerzustand (steady-state condition) zurückkehrt, triggert er den Monoimpulsgenerator 55, der das interne Rücksetzimpulssignal erzeugt.

Fig. 9 zeigt die Anwendung der Erfindung für ein Multiplex-Datenakquisitionssystem, das eine der wichtigsten Anwendungen der Erfindung darstellt.

Bei der gezeigten Anordnung ist die "s/d/c"-Verbindung eine ausgeglichene Zwe!drahtverbindung 37, Daran sind eine Anzahl N "s/d"-Schaltvorrichtungen, z.B. Bezugsziffer 35, angeschlossen, um die Quellen Sv,.. .S_n anzuschliessen, eine "^'-Schaltvorrichtung zum Anschliessen des Steuersignalgenerators 42 und eines Ziels 56. Das Ziel 56 ist der Signalprozessor mit

einem Wechselstrom/Gleichstromumformer 57, der das gewählte Quellensignal in die digitale Form umsetzt.

Der Steuersignalgenerator 42 adressiert die gewünschte Quell-ZZielschaltvorrichtung 35 in die gewünschte Folge, und zwar durch Verbinden der gewünschten Analogquelle mit den Leitungen 37 und 4l. Ein Eingangspufferverstärker 6l leitet die Analogsignale zu einem Muster- und Haltestromkreis 62. Zu der Zeit, wo der Steuersignalgenerator 42 eine Quelle adressiert, wird ein Abtastimpuls (strobe pulse) an eine Verzögerungsschaltung 63 gelegt. Die Verzögerung ist ausreichend, um das Quellsignal am Eingang der Probe in Bereitschaft zu versetzen (enable) und die Schaltung im stabilisierten Zustand zu halten. Der Abtastimpuls setzt den Analog/Digitalumformer 57 in Gang, der die Daten aus dem Muster in digitale Form bringt und den Stromkreis 62 hält.

Es können Quell-/Zielschaltvorrichtungen jeder hier angegebenen Art verwendet werden. Da aber in Datenakquisitionssystemen jeweils nur ein Sensor gewählt ist, kann auch eine einfachere Abwandlung angewendet werden. Bei der "s/d'^Schaltvorrichtung 35, wie

sie oben beschrieben wurde, setzt die Adressennachricht, welche der Adresse der fest verdrahteten Vorrichtung entspricht, die Flip-Flop-Schaltung 34 und schliesst dadurch die Schalter. Jede andere Adressennachricht setzt die Flip-Flop-Schaltung 34 zurück, d.h.

sie öffnet die Schalter. In diesem Fall besteht kein Bedarf für eine Rücksetz- oder Vorbereitungsnachricht, einen Rücksetzumformer 27 oder einen allgemeinen Rücksetzdekoder 36 r

Der Vollständigkeit halber ist zu erwähnen, dass die "s/d"-Schaltvorrichtung 35 auch einen zwischen der Flip-Flop-Schaltung 3^ und dem Treiber l4 angeordneten Impulsbreitengenerator 47 aufweisen kann. Die Schalter 12 und 13 sind nur geschlossen für die durch den Impulsbreitengenerator kl bestimmte Dauer, und daher können die Widerstände l6 und 17 wie bei Fig. 6 weggelassen werden.

Fig. 10 zeigt ein Vieldraht-Datenakquisitionssystem gemäss der Erfindung, bei dem einige Sensoren eine Erregung benötigen. Dies ist ein sehr häufiges Erfordernis der industriellen Meßtechnik und Fig. 10 veranschaulicht die Vorteile der Erfindung für diesen Fall. Fig. 10 veranschaulicht auch die "s/d/c"-Verbindung mit mehr Drähten und die "s/d"-Schaltvorrichtungen mit mehr Schaltern. "

Die "s/d"-Schaltvorrichtungen 15 können von der Art sein wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Die Wandlersignale sind mit S₁₀, S₃₀, S₃₀, S₄₀, S₅₀ und Sg₀ bezeichnet. Der Wandler 71, der das Signal S^₀ hervor-

bringt, braucht keinen Erregereingang. Das Potentiometer 72 erfordert keine Erregung, die als Bestimmung D₂₁ bezeichnet ist, und der Fühlsignalausgang des Po-

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tentiometers 72 ist als Quelle S„. bezeichnet. Es wird angenommen, dass der Wandler 72 keine wesentliche Stoßwellenzeit aufweist. Die anderen Sensoren 73 bis 76 sind Brücken, wobei die Erregereingänge der Brücken als Ziele D-z^j ^D4l^{J D}51 ^uniD6l ^{und d}^"^{e Fuhls}iß^nalaussänge der

Brücken als Quellen S,._s ^süi» ^ςι ^{und S}6l bezeichnet sind. Es wird angenommen, dass die Brücken keine vernachlässigbare Stoßwelle aufweisen, wenn die Erregung eingeschal- T tet wird. Um das Stoßwellenproblem zu vermeiden, sind zwei Erregereinheiten vorhanden: Eine zum Erregen eines Wandlers, der gerade gemessen wirdj und eine andere zum Erregen des Wandlers, der im nächsten Arbeitszyklus gemessen werden soll* Fig. 11 zeigt den Zeittakt einer Meßfolge. Dieser beginnt mit der Rücksetzung sämtlicher "s/d"-Schaltvorrichtungen 15. Beim ersten Arbeitszyklus wird der Wandler 71 C^s-iq^ S^emessen9 ^eine Erregung ist nicht erforderlich. Beim zweiten Zyklus wird der Wandler 72 erregt und die Erregung durch die Erregereinheit 64 abgefühlt und der Wandler 72 wird gemessen. Aber auch bei dem zweiten Zyklus ist die Erregereinheit 65 auf den Wandler 73 geschaltet, um ihn zu erregen und die Erregung abzufühlen. Während des zweiten Zyklus wird die von der Erregung herrührende Stoßwelle des Wandlers 73 beendet. In dem dritten Arbeitszyklus wird der Wandler 73 gemessen. Die Erregung dieses Wandlers durch die Erregereinheit 65 ist in dem vorhergehenden Zyklus geschaltet und daher nunmehr stetig. Natürlich bleibt

die Erregung des Wandlers 73 für den dritten Zyklus eingeschaltet. Auch in dem dritten Zyklus wird die Erregereinheit 64 auf den Wandler 74 geschaltet, um ihn zu erregen und die Erregung abzufühlen. Daher ist, wenn der Wandler 74 im vierten Arbeitszyklus gemessen wird, die Stoßwelle bereits abgeklungen. In weiteren Arbeitszyklen werden die übrigen Wandler, die gleichfalls Erregung brauchen, auf die gleiche Art und Weise gemessen.

Wie das obige Beispiel zeigt, werden nur zwei Erregereinheiten für sämtliche Wandler benötigt. Es sind nur sechs Wandler gezeigt, aber es können auch noch viel mehr davon vorhanden sein, und es werden auch dann immer nur zwei Erregereinheiten benötigt. Ausserdem ist, wenn die Erregungsstoßwelle an allen Wandlern vernachlässigbar ist (was oft der Fall ist), nur eine Erregereinheit erforderlich. Diese wird dann nacheinander aufdie einzelnen Wandler geschaltet.

Fig. 12 veranschaulicht eine mögliche weitere abge-.20 wandelte Ausführungsform der Erfindung. Hier dienen verschiedene Drähte der "s/d/c"-Verbindung zum Verbinden der Quellen mit den Zielen und zum Anschliessen der , Steuersignale. Bei dem gezeigten Beispiel hat jede Drahtgruppe zwei Drähte, die einzelnen Gruppen können aber auch verschiedene Zahlen von Drähten haben.

Die gezeigte Ausführungsform hat dieselben Anwendungsmöglichkeiten wie vorher beschrieben. Jedoch können

die "c"-Schaltvorrichtungen und die "s/d"-Schaltvorrietitungen von einfacherer Ausführung sein. Anderersei ι.κ hat die "s/d/c"-Verbindunfⁱ; mehr Drahtleitungen.

Wie Fig. 12 zeigt, sind die Quell/Zielsignale und die Steuersignale voneinander getrennt. Demzufolge besteht keine Notwendigkeit mehr, den Steuersignalgenerator von der "s/d/c"-Verbindung mit Hilfe von Schaltern abzutrennen und die "c"-Schaltvorrichtung besteht nun nur aus einzelnen Puffern oder Leitungstreibern wie dargestellt. Die "s/d"-Schaltvorrichtungen sind auch einfacher. Es besteht keinerlei Notwendigkeit mehr nach Puffern 22 und 23 mit hohem Eingangswiderstand und niedrigem Eingangsstrom am Eingang der Empfänger und nach den Widerständen 16 und 17, die vorher in Reihenschaltung mit den Schaltern angeordnet waren.

Andererseits können die "s/d"-Schaltvorrichtungen solche von jeder der vorher beschriebenen Arten sein.

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Claims

NATIONAL SEMICONDUCTOR CORPORATION, 2900 Semiconductor Drive, Santa Clara, Kalif. 95051 (V.St.A.) Schaltvorrichtung für ein Datenübertragungssystem. Patentansprüche:

1. Schaltvorrichtung für ein Datenübertragungssystem, gekennzeichnet durch eine übertragungsleitungsverbindung, mit der eine Sehaltvorrichtung und eine Empfangseinrichtung gekoppelt sind, und eine zwischen diese gekoppelte Treibervorrichtung.

2. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinrichtung eine mit der Übertragungsleitungsverbindung gekoppelte übertragungsdemoduliervorrichtung enthält.

3. Schaltvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinrichtung ferner ein

mit der Ubertragungsdemoduliervorrichtung gekoppeltes Register enthält.

4. Schaltvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinrichtung ferner eine mit dem Register gekoppelte Vergleichereinrichtung enthält.

5. Schaltvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinrichtung eine in einem Stromkreis mit der Vergleichereinrichtung liegende Flip-Flop-Schaltung enthält, die dazu dient, die Treibervorrichtung einzuschalten.

6. Ferndatensystem zum wahlweisen Verbinden von Signalquell- und -Zielvorrichtungen, gekennzeichnet durch

eine Quell-ZZielschaltvorrichtung, die mit einer jeden solcher Signalquell- und -Zielvorrichtungen gekoppelt ist,

einen Steuersignalgenerator, der dazu dient, Steuer impulse zu übertragen,

eine übertragungsleitung,

eine Steuersignalschaltvorrichtung, die durch den Steuersignalgenerator betätigt werden und ihn mit der übertragungsleitung zur übertragung eines Signales koppeln kann, und

eine auf Impulse aus dem Steuersignalgenerator ansprechende Steuervorrichtung zur Befähigung oder Vorbereitung der Quell-/Zielschaltvorrichtungen zur Ver-

bindung ausgewählter Signalquell- und -Zielvorrichtungen mit der übertragungsleitung.

7. Ferndatensystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die übertragungsleitung eine erste übertragungsleitung zur übertragung der Steuerimpulse und eine, zweite übertragungsleitung zum Verbinden der Quell-/ Zielschaltvorrichtungen umfasst.

8. Perndatensystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Quell-/Zielschaltvorrichtung folgendes enthält:

eine übertragunsleitungsverbindung, eine mit dieser gekoppelte Schaltvorrichtung, eine mit der übertragungsleitungsverbindung gekoppelte Empfangseinrichtung, und

eine zwischen diese.und die Schaltvorrichtung gekoppelte Treibervorrichtung.

9. Perndatensystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung eine mit der übertragungsleitung gekoppelte, auf Impulse ansprechende Empfangsvorrichtung enthält.

10. Perndatensystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die auf Impulse ansprechende Empfangsvorrichtung noch Demodulier- und Dekodiereinrichtungen sowie eine auf diese ansprechende Registeranordnung und auf letztere ansprechende Vergleichervorrichtungen enthält.

Π. Korndatensystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichervorrichtung Rückstellvergleicher und Adressvergleicher sowie eine auf die Rückstell- und Adressvergleicher ansprechende Flip-Flop-Schaltung enthält.

12. Ferndatensystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichervorrichtung einen Adressvergleicher und einen Rückstellvergleicher, gekoppelt mit der Registeranordnung,

eine auf den Adressvergleicher, den Rückstellvergleicher und die Demodulier- und Dekodiervorrichtung ansprechende Gattervorrichtung und

einen zwischen die Treibervorrichtung und die Gattervorrichtung gekoppelte Flip-Flop-Schaltung enthält.

13· Ferndatensystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichervorrichtung einen Adressvergleicher und einen auf diesen ansprechenden Rückstelldekoder,

eine auf die Demodulier- und Dekodiervorrichtung, den Adressvergleicher und auf den Rückstelldekoder ansprechende Gattervorrichtung und

eine zwischen die Treibervorrichtung und die Gattervorrichtung gekoppelte Flip-Flop-Schaltung enthält.

14. Ferndatensystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichervorrichtung folgendes enthält:

einen Adressvergleicher, einen Hauptbefähigungs-

oder Vorbereitungsdekoder und einen Rückstelldekoder, ansprechend auf das Register,

eine erste Gattervorrichtung, ansprechend auf den Adressvergleicher, den Hauptbefähigungsdekoder, den Rückstelldekoder und die Übertragungsdemodulier- und Dekodiervorrichtung,

eine erste und zweite Flip-Flop-Schaltung, die durch die erste Gattervorrichtung einschaltbar sind, und

eine zweite Gattervorrichtung, die auf die erste und zweite Flip-Flop-Schaltung anspricht, die zum Einschalten der Treibervorrichtung vorgesehen sind.

15- Ferndatensystern nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gattervorrichtung folgendes enthält:

ein erstes UND-Gatter, das abhängig ist von dem Adressvergleicher und der übertragungsdemodulier- und Dekodiervorrichtung,

ein zweites UND-Gatter, das abhängig ist von der Rückstelldekoder- und der Übertragungsdemodulier- und Dekodiervorrichtung,

ein drittes UND-Gatter, das abhängig ist von dem Hauptbefähigungsdekoder und der Übertragungsdemodulier- und Dekodiervorrichtung,

ein viertes UND-Gatter, das abhängig ist von dem Rückstelldekoder und der übertragungsdemodulier- und Dekodiervorr icht urig;

die erste, von dem ersten und zweiten UND-Gatter

^i f'j(> Kl i p-Flop-Schaltung;
die zweite, von dem dritten und vierten UND-Gatter abhängige Flip-Flop-Schaltung; und das zweite, mit der ersten und zweiten Flip-Flop-Schaltung gekoppelte Gatter.

l6. Ferndatensystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen das zweite Gatter und die Treibervorrichtung ein Impulsbreitegenerator gekoppelt ist.

17· Ferndatensystern nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichervorrichtung folgendes enthält:

einen Adressvergleicher und einen mit der Registeranordnung gekoppelten Hauptbefähigungsdekoder; ein erstes Gatter, das mit dem Adressvergleicher, dem Hauptbefähigungsdekoder und der übertragungsdemodulierund Dekodiereinrichtung gekoppelt ist;

eine mit dem ersten Gatter gekoppelte Flip-Flop-Schaltung;

einen Impulsbreitegenerator, der von der Flip-Flop-Schaltung abhängig ist;

einen Monoimpulsgenerator, der abhängig von dem Impulsbreitegenerator und mit dem Register und der Flip-Flop-Schaltung gekoppelt ist und ein zweites Gatter, das von der Flip-Flop-Schaltung abhängig ist und dazu dient, die Treibervorrichtung einzuschalten.

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18. Perndatensystem zum selektiven Verbinden von Wandlern oder Umformern mit einem Signalprozessor, gekennzeichnet durch

mit den Wandlern gekoppelte Quell-ZZielschaltvorrichtungen;

Wandlererregereinrichtungen;
Steuereinrichtungen; und

eine erste übertragungsleitung, die dazu dient, die Quell-ZZielschaltvorrichtungen miteinander zu verbinden;

eine zweite übertragungsleitung, die dazu dient, die Wandlererregereinrichtung zu übermitteln; und

eine dritte übertragungsleitung, die dazu dient, die Steuereinrichtungen miteinander zu verbinden.

19. Perndatensystem nach Anspruch l8, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Ermöglichen der Verbindung der Wandlererregereinrichtung mit einem ausgewählten Wandler vor dem Verbinden der Wandler mit dem Signalprozessor.

20. Perndatensystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung eine erste Quell-/ Zielschaltvorrichtung, welche den Wandler und die Erregereinrichtung miteinander verbinden kann, und eine zweite Quell-/Zielschaltvorrichtung enthält, welche den Wandler und den Signalprozessor miteinander verbinden kann.

21. Perndatensystem nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandlererregereinrichtung einen ersten und einen zweiten Erregergenerator sowie eine Vorrichtung zur Ermöglichung der Einschaltung eines dieser beiden zwecks Erregung eines ersten Wandlers enthält, während der andere Erregergenerator einen zweiten Wandler erregt und die beiden Wandler abwechselnd mit dem Signalprozessor verbunden werden.

22. Perndatensystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregergeneratorverbindungen zu dem einen Wandler hergestellt werden, während der andere Wandler gemessen wird, so dass die Erregerstoßwelle (excitation transient) in einem Meßintervall nicht vorhanden ist.