[1]Изобретение относится к области электроники, в частности к устройствам приема и передачи информации по проводным линиям связи, и может быть использовано для приема и передачи информации по последовательному интерфейсу в форматах RS-485, RS-422, RS-232, импульсных последовательностей, использующих ШИМ и ЧИМ модуляцию, а также одиночных импульсов произвольной длительности в системах автоматического управления и системах сбора и обработки информации с центральным пунктом и удаленными периферийными объектами.
[2]Предшествующий уровень техники
[3]Известны устройства для передачи информации по линиям связи с трансформаторной гальванической развязкой, которые обмениваются информацией с периферийными устройствами. Так, например, известна двухпроводная система для дуплексной передачи информации, описанная в патенте РФ №2381627 «Система для дуплексной передачи информации по двухпроводной линии связи», автор А.В.Шадрин, МПК H04L 5/14, опубликованный 10.02.2010 г. В ней применена схема восстановления сигнала на выходе линии связи и подачи питания на удаленное устройство приема информации через ту же линию связи, что существенно снижает помехоустойчивость линии связи.
[4]Известна так же схема приемопередатчика интерфейса CAN 2.0 B по двухпроводной токовой линии, описанной в патенте РФ №63148 «Физическая реализация модуля приемопередатчика интерфейса CAN 2.0B по двухпроводной токовой линии». Устройство обеспечивает сопряжение микропроцессора мультиплексного канала с двухпроводной линией передачи данных. Гальваническая развязка осуществляется с помощью оптронов. Недостаток предлагаемого устройства заключается в том что приемопередатчик цифрового канала содержит оптроны, которые теряют свою работоспособность в условиях воздействия спецфакторов, что существенно снижает надежность устройства и ограничивает область применения такого устройства.
[5]Ближайшим по своей сути к заявленному изобретению является
[6]приемопередатчик с трансформаторной гальванической развязкой AMD2486 фирмы ANALOG DEVICES (США). В прототипе используется схема гальванической развязки (патент США 7683654 В2 «Signal isolators circuit micro-transfonners», inventors: Baoxing Chen, Geoffrey Haighjut. По МПК Н03К 17/16, H01L 25/00, Field Dec. 27, 2007). Устройство AMD 2486 выбрано в качестве прототипа.
[7]В прототипе в качестве устройства гальванической развязки используется импульсный трансформатор, который включен между формирователем импульсов и оконечным усилителем передатчика, помещен внутри микросхемы и не имеет непосредственной связи с внешними цепями. Импульсный трансформатор является изоляционным барьером и делит схему приемопередатчика на две части. Одна из них имеет гальваническую связь с аппаратурой, в состав которой входит приемопередатчик, который записывается от общего с аппаратурой источника питания. Другая часть не имеет гальванической связи с основной аппаратурой и требует для своей запитки дополнительного источника питания, гальванически развязанного от основной аппаратуры.
[8]Для передачи сигнала через трансформатор фронты входных сигналов кодируются двумя короткими импульсами длительностью 1 нс, а спады - одним импульсом длительностью 1 нс. Параметры входных и выходных сигналов приемопередатчика AMD 2486 соответствуют требованиям интерфейса RS 485. Для построения интерфейса с приемопередатчиком AMD 2486 в соответствии со стандартом RS 485 используется трехпроводная линия связи. В качестве кабеля линии связи рекомендуется использовать относительно громоздкий промышленный кабель Belonen 3106 A с волновым сопротивлением 120 Ом и внешним диаметром 7.68 мм. В интерфейсах с AMD2486, работающих с линиями связи большой протяженности, не полностью решена проблема с выравнивающими токами, причина появления которых связана с наличием разности потенциалов между удаленными объектами интерфейса, что приводит к необходимости использования дополнительных мер для ослабления этого эффекта, изложенных в стандарте RS 485.
[10]Задача изобретения - создание простого и надежного устройства приемопередатчика, который может быть использован для построения гальванически развязанных последовательных интерфейсов для приема и передачи информации в форматах RS-485, RS-422, RS-232, импульсных последовательностей, использующих ШИМ и ЧИМ модуляцию, а также одиночных импульсов произвольной длительности, и обладающего высокой надежностью, помехоустойчивостью, способного работать в экстремальных условиях эксплуатации.
[11]В предлагаемом устройстве используется элемент гальванической развязки, например импульсный трансформатор, включенный непосредственно между выходом приемопередатчика и проводной линией связи, и в определенном методе кодирования сигналов для передачи по линии связи. Сигнал, подаваемый в линию связи, кодируется двумя разнополярными импульсами, соответствующими фронту и спаду входного сигнала, длительность которых может выбираться в диапазоне от 20 нс до 4 мкс в зависимости от требуемой скорости передачи этих сигналов по проводным линиям связи, длины линии и типа используемого кабеля с помощью установочных входов на формирователе длительности импульсов. Максимальная частота передачи до 20 МГц при длительности импульса 25 нс, наибольшая длина линии связи свыше 2000 м при длительности импульса 4 мкс.
[12]Используемый метод кодирования сигналов приводит к значительному уменьшению тока, потребляемого передатчиком в процессе его работы, за счет того, что потребление тока происходит лишь в короткие промежутки времени, равные длительностям выходных импульсов, которые много меньше длительности битов передаваемой информации. Питание приемопередатчика осуществляется от одного источника питания, общего для приемопередатчика и аппаратуры, в состав которой он входит.
[13]Для построения интерфейса на основе рассматриваемого приемопередатчика с элементом гальванической развязки используется двухпроводная линия связи. Для построения линий связи могут быть использованы витая пара проводов, витая пара проводов в экране, коаксиальные кабели с волновым сопротивлениями от 30 до 120 Ом.
[14]Для повышения помехоустойчивости приемопередатчика входной усилитель приемника имеет входы для установки оптимального порога срабатывания приемника.
[15]На Фиг.1 показана общая схема приемопередатчика для передачи информации по двухпроводной линии связи.
[16]Приемопередатчик содержит: последовательно включенные кодирующее устройство входной информации 1, формирователь длительности импульсов 2, имеющий входы 8 для установки оптимальных параметров импульсов, оконечный усилитель передатчика 3, элемент гальванической развязки 4, например импульсный трансформатор, включенный непосредственно между выходом приемопередатчика и проводной линией связи, входной усилитель приемника 5, имеющий входы 9 для установки оптимального порога срабатывания приемника, и декодирующее устройство 6, имеющее вход 7 для установки декодера 6 в исходное состояние при включении питания и после возможных неблагоприятных внешних воздействий в процессе эксплуатации.
[17]Работа устройства представлена на Фиг.2. На вход кодирующего устройства поступают информационные сигналы, представленные на Фиг.2 диаграммой (а). Передний фронт импульсов, поступающих на вход кодирующего устройства, преобразуется в импульс положительной полярности, а задний фронт - в импульс отрицательной полярности. Формирователь длительности импульсов в зависимости от требуемой скорости передачи информации, длины линии связи, типа кабеля и выбора одного из установочных входов, формирует оптимальную длительность импульсов в пределах от 25 нс до 4-х мкс. Сформированные импульсы, представленные диаграммой (b), поступают на вход оконечного усилителя передатчика и затем через элемент гальванической развязки, например импульсный трансформатор, на линию связи (ЛС). После прохождения ЛС сигнал, приходящий на входной усилитель приемника, имеет вид, представленный диаграммой (с). Входной усилитель приемника с помощью одного из установочных входов устанавливает порог срабатывания приемника, усиливает входной сигнал, поступающий с линии связи, и подает его на вход декодера, восстанавливающего информационный сигнал в исходный вид, который он имел в начале на входе передатчика, см. диаграмму (а) и (d). Декодирующее устройство имеет вход для установки декодера в исходное состояние при включении питания и после возможных неблагоприятных внешних воздействий в процессе эксплуатации.
[18]Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание простого и надежного устройства приемопередатчика с элементом гальванической развязки и малым током потребления, который может быть использован для построения гальванически развязанных последовательных интерфейсов, обладающих высокой надежностью и помехоустойчивостью, способных работать в экстремальных условиях эксплуатации.
[19]Промышленная применимость
[20]Наиболее эффективно использование предложенного устройства приемопередатчика с элементом гальванической развязки в системах передачи информации по последовательным гальванически развязанным интерфейсам в различных системах автоматического управления, системах сбора и обработки информации, системах управления технологическими процессами на промышленных предприятиях.
