Устройство для передачи и приема данных по двухпроводной линии

 

Изобретение относится к электросвязи и может быть использовано для передачи информации по двухпроводной линии связи , в которой проводники питания постоянным током используются в качестве информационного канала передачи. Цель изобретения - сокращение энергозатрат за счет исключения потерь на преобразователе сигналов постоянного тока в напряжение при одновременном обеспечении компен сации фазового сдвига. Устройство содержит приемную и передающую части, включенные в первый и второй провода. Передающая часть содержит формирователь сообщений, операционный дифференциальный усилитель, стабилитроны, транзистор , генератор стабильного тока, сопротивления, конденсаторы. Приемная часть содержит источник постоянного тока, преобразователь сигналов постоянного тока в напряжение (дроссель), ключи, электропотребители . Сформированное из последовательного кода сообщение усиливается операционным дифференциальным усилителем, с выхода которого разность напряжений преобразуется транзистором в сигналы постоянного тока, поступающие в линию. В приемнике сигналы, преобразовываясь дросселем в напряжение, управляют работой электропотребителей. 5 ил. С

((9) ((1) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4880949/09 (22) 06.11.9О (46) 15.08.92. Бюл. № 30 (71) Головное конструкторское бюро Науч. но-производственного объединения "Энергия" (72) С,В.Балакин и В.П.Зонтиков (56) Патент Японии ¹ 62 — 26078, кл. G 08 С 19/02, 1987, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА ДАННЫХ ПО ДВУХПРОВОДНОЙ ЛИНИИ (57) Изобретение относится к электросвязи и может быть использовано для передачи информации по двухпроводной линии связи, s которой проводники питания постоян-ным током используются в качестве информационного канала передачи. Цель изобретения — сокращение энергозатрат за счет исключения потерь на преобразователе сигналов постоянного тока в напряжение

Изобретение относится к технике электросвязи и может быть использовано для передачи и приема информации по двухпроводной линии связи, в которой проводники питания постоянным током используются в качестве информационного канала передачи. ма передачи сигналов постоянного тока, содержащая передающую часть. два провода связй и приемную часть. Передающая часть

-содержит датчик, представляющий источник информации, передатчик. выполненный в виде преобразователя напряжения в сигналы постоянного тока, транзисторе и рези= сторе, и приемная часть содержит источник постоянного тока. преобразователь сигна(я)5 Н 04 В 3/54, G 08 С 19/02 при одновременном обеспечении компенсации фазового сдвига. Устройство содержит приемную и передающую части, включенные в первый и второй провода. Передающая часть содержит формирователь сообщений, операционный дифференциальный усилитель, стабилитроны; транзистор, генератор стабильного тока, сопротивления, конденсаторы. Приемная часть содержит источник постоянного тока, преобразователь сигналов постоянного тока в напряжение (дроссель), ключи, электропотребители, Сформированное из последовательного кода сообщение усиливается операционным дифференциальным усилителем, с выхода которого разность напряжений преобразуется транзистором в сигналы постоянного тока, поступающие в линию. В приемнике сигналы, преобразовываясь дросселем в напряжение, управляют работой электропотребителей. 5 ил. лов постоянного тока в напряжение, выполМ ненный в виде резистора величиной 25 Ом, усилитель и приемник.

К недостаткам представленного аналога относится то, что источник постоянного (O тока предназначен дляЗзйитки слабым то- О ком только датчиково-передающие части, являющиеся его электропотребителем, Известно также устройство передачи и приема информации по двухпроводной линии связи, содержащее передающую часть, включающую источник информации, преобразователь параллельного кода в последовательный, формирователь сообщения, делитель и передатчик,"выполненный на основе операционного дифференциального усилителя, два проводника связи и прием1755380 ную часть, включающую источнйк постоянного тока, преобразователь сигналов посто-„ янного тока в напряжение, выполненный на низкоомном резисторе, и приемник, выполненный на усилителе, селекторе, преобра- 5 зовзтелЕ кода.

К недостаткам данного устройства относятся большие энергопотери за счет выделенйя тапловйх потерь на преобразователе сигналов-постбянного то- 10 кз в напряжение при включений злектро- клЪ=г1 аноФ, а т а кж е снйже нйе у р овня найряжеиия обитания эЛектроклайанoв зз счет йздеййя напряжения на преобразователе сигнзлов постоянного тока пропорцио- 15 наяьйо току потребления, Наиболее близким к предлагаемому является устройство для передачи данных по двухпроводной линии, cî åðæàé ÈÔÔéåôåдатчике операционный дифференциальный 20 усилйтель, йерьый ВъгВОД питанЙя котоporo

ПОДКЛЮЧЕН К 6ЕРВО У ИРЬЬОДУ ДВУХПРОВОДной линии, второй вывод питанйя через- генератор topi- †" к Второму и роводу

: двухпроводной лйййи:,"а выход операцион- 25 мого усилителя соединен с базой трзнзисторЭ; " а неи н Вертй рующ ий вход

Операционного дифференциального" усилителя †- c первым вывбдбм первого резйсто:рв, кроме того, формирователь сообщений 30 одним выводом-подключен-к первому"проводу двухпроводной линий, а вторым ьыво- .

Дом K ВтбРомУ вывоДУ riNTBHиЯ операционного дифференциального "усилителя, з i приемнике первый вывод источни- 35 ка поСтоянного тока подключен к първому и рбвоф(46фхп водной л иййи.

Устройство выполнено В ёиде преобразовзтемй йзщщжейия В сигналы постоянного тока йз основе операционного 40 дифференциального усилителя, который произаодит сравнение входного напряже НИЯ, ПОДЗВФЕМОГО M3 6ÃO ПРЯМОЙ ВХОД, С НЗ-. йряженйем обратной "связи, йодаваемым на его ийве Жньй вход и сформировайнйй вы- 45 ходной Сигйзл йрснторцйонзльнйй разности мэпряжейий подаете нз трзйзмстор который разность нй)ряжейий преобразфЪт в сигнал Иостоянного тока, используя tTpM этом общие Й йаа@йикй питзния, 50

К недостаткам выбранного йрототйпа относятся больйие энергопотари за счет вьцфйлейия теттяз на преобразоватбйе сигна- лов па тоянногб гока В напряжение; выпол- .. ненном нзфФзйсторе, ripe токопотреблении 55 другийй жЮФропотребйтелями через общйе прободкйки питания; отсугствйе в цепи . обратной"связи операционного дифференцимьйого усйлителя средств компейсации фазового сдвига, вйосийого индуктивными и емкостными составляющими нагрузок, подключаемых к общим проводникам питания и снижающих запас устойчивости устройства, В цепь обратной связи операционного дифференциального усилителя через транзистор включается емкость двухпроводной лййии питания и индуктивность подключаемых электропотребителей, в частности высокая от 0,75 до 1,5 Гн индуктйвность электроклапанов двигательной установки,- которые делают цепь обратной связи частотно-эависймой. Частотно-зависимая цепь обратной связи Вносит фазовые сдвигй, тем самым снижая запас устойчивости устройства.

Цель изобретения — сокращение энергозатрат путем исключения потерь на преобразователе сигналов постоянного тока в напряжение при одновременном обеспечении комйенсации фазового сдвига.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве передачй и приема данных rio

:двухпроводной лйнии, содержащем в передатчике "б пера цион ны и диффе ренцйал ьный усилитель, первый вывод питания которого подключен к йервому проводу двухпроводной линйи; второй вывод пйтайия через генератор тока-- ко "второму и"роводу двухпроводной лиНии,"а выход операционного дифференциального усилителя соединен с баз ой транзи стора,. а . йейнввртирующйй вход -ойерационного дйффербйциального усйлйтеля — с первым вы@одом первого резистора, кроме того. формйрователь сообщений,. одним выводом подключен к" первому проводу двухпроводйой лйнйи, а вторым выводом ко второму выводу питзния ойерзцйонного дифференциальното усилителя, а в приемнике первый вывод источника- постоянного тока подключен к первому проводу двухпроводной линии. в отличие бт йрототипз; в приемнике

Введен йреобразовзтель"сигналов постояйного тока е"напряжение, выполненно-в Виде дросселя, который подключен к второму вы А@ истбчника постояйного тока и второМу HfkiisWV двухпроводной лййии; а.в передатЧике Введены второй; третий и четвертый

:резисторы, первый, второй и третий конденсаторы, первмй и второй стабилитроны, причем катод первого стабилитрона подключен к первому выводу питаййя операционного дифференциального усилителя, и аНОД К Катоду ВтерОГО СтабИЛИтрОНа, ПРИЧЕМ зйод Второго стзбилитрона подключен к второму выводу пйтания операционного дифференциального усилителя, кроме того, анод первого стабилитрона соединен с эмиттером транзистора и первым выводом второго резистора, второй вывод которого

1755380 подключен через первый конденсатор к инвертирующему входу операционного диф- ференциального усилителя выполнена упференциального усилителя и ко второму равляемой по переменному т ду р го резистора, первый вывод обеспечения высокого входного сопротивкоторого через второй конденсатор подклю- 5 ления по постоянному току. Стабилитроны чен ко входу формирователя сообщений, 5 являются делителем напряжения, формипричем инвертирующий вход операционно- рующим уровни питания для операционного дифференциального усилителя соединен ro усилителя, а так же стабилизатором я лаков схемы, включенных с первым выводом третьего резистора и че- напряжения для блоков х рез третий конденсатор — с коллектором 10 в качестве нагрузки генератора 8 стабильнотранзистора, который через четвертый ре- ro тока, Так как в как вход и выход усилителя зистор подключен к второму проводу двух- находятся под определенным напряжением проводной линии, причем выход . относительно второго провода 2, то для пеоперационного дифференциального усили- редачи сигналов на входе и выходе усилитетеля подключен ко второму выводутретьего 15 ля используются блокировочные элементы, резистора, а именно на входе конденсатор С1, на выхоНа фиг,1 представлена обобщенная де транзистор 7, которой введен в область электрическая принципиальная схема уст- отсечки за счет соединения эмиттера со ройства передачи и приема данных по двух- средней точкой последовательно включенпроводной линии; на фиг,2 представлена 20 ных стабилитронов 5,6. Кон ен С элект ическая и ин р принципиальная схема уст- низких частотах определяет пере ат ч р р и-р-транзисторе; на фиг.3 — функцию, операционного усилителя. Падеойства на -и- -т амплитудно-частотная характеристика уст- ние напряжения на низких частотах опредеройства; нафиг.4 — эквивалентная электри- ляется постоянной времени С1В2, причем ческая схема цепи обратной связи 25 снижение усиления на 3 дБ наблюдается на операционного-дифференциального усили- нижней частоте равной теля; на фиг.5 — характеристика намагничи- 1 . вания дросселя в зависимости от величины 27гCI R 2 проходящего постоянного тока устройства. Сдвиг напряжения усилителя вызывае1 30 мый входным током, может быть минимизиУстройство содержит два общих про- рован, если на входы усилителя включить водника 1 и 2 питания, передатчик и прием- . резисторы одинаковой величины, т.е. резиник, риемник образуют последовательно сторы R1, R3 должны быть примерно одина— представляет входное соединенные формирователь 3 сообщения, ковой величины. R1 — и операционный 4 дифференциальный усили- 35 сопротивление о пера цион ного усилителя, тель с элементами включения, стабилитро.- С1 — разделительная емкость я пе, р сторами, конденсаторами и переменной составляющей. напряжения от транзистор 7, включенные в качестве на- формирователя 3 сообщения к усилителю 4. грузки генератора 8 стабильного тока, кото- Резистор R3 включен в цепь обратной связи рый включен между двумя общими 40 операционного усилителя и в соотношении проводами 1 и 2 питания, Приемник образу- с резистором R2 определяет величину петют источник 9 постоянного тока и преобра- левого коэффициента усиления по низкочазователь 10 сигналов постоянного тока, статному каналу передачи, Конденсатор СЗ, выполненный в виде дросселя, На фиг.1 по- включенный в цепь обратной связи операказан пример подключения.электропотре- 45 ционного усилителя между его ийв т бителей11 .. 21с-1 г =78 ..., ду его ийвертируюи 1...„2k-1, где = 7,8„... в качестве щим входом и коллектором транзйстора 7, которыхисполЪзованы электроклапаны,за- вместе с дифференциальным сопротивлепитываемыхотисточника9 постоянного то- нием г транзистора образует цепь, и ека. Так же и представлена эквивалентная назначенную для компенсации фазового схема электроклапана, включающая после- 50 сдвига, вносимого в цепь обратной связи довательно соединенные индуктивность L дросселем и реактивйым составляющим навеличиной 0,75-1,5 Гн и резистор R величи- грузок источника 9 постоянного тока, тем ной 6- 24 Ом,. и параллельно подключен- самым обеспечивая высокочастотнйй канал ную к ним емкость С величиной 60 пФ. передачи сигнала в цеди обратной связи.

Электрические номиналы на электроклапай 55 Транзистор 7 преобразует усиленное перевзяты их технических условий на эти изде- менное напряжение, подаваемое на вход лия. Электроклапаны подключаются к про- операциойного усилителя в сйгналы пос в 1 товоду через ключи2k, гдеk=7, ...,. Нафиг.1 янного тока, протекаю@йе по проводам не показано, каким образом осуществляет- " двухпроводной лйнии. Резистор R4, вклюся их управление через эти ключи, ченный в цепь коллектора транзистора, за1755380

10

35

50

1н - 2 ж Новых дает величину сигналов постоянного тока, передаваемых по проводам двухпроводной линии. В схеме включения ойерационного усилителя 4 элементы частотной коррекции не показаны, т,к. являются стандартными решениями и зависят от типа и исполнения операционного усилителя. В качестве формирователя 3 сообщения может быть использован известный формирователь сообщения. Плюсовые и минусовые клеммы источника постоянного тока на обобщенной электрической схеме устройства, представленной на фиг.1, не обозначены, так как при подключении плюсовой клеммы источника 9 к проводу 1, а минусовой — к дросселю 10, в качестве транзистора 7 используется транзистор р-п-р-типа, плюсовой вывод операционного 4 усилителя и катод стабилитрона

5 подключаются к проводу 1, причем анод стабилитрона 6, последовательно включенного со стабилитроном 5, подключается к минусовому выводу усилителя 4, При подключении минусовой клеммы источника 9 к проводу 1, а плюсовой — к дросселю 10, в качестве транзистора 7 используется транзистор п-р-п-типа, минусовой вывод операционного 4 усилителя и анод стабилитрона

5 подключаются к проводу 1, причем катод стабилитрона 6, последовательно включенного со стабилитроном 5, подключается к плюсовой клемме операционного 4 усилителя, Изобретение иллюстрируется на примере конкретного исполнения устройства, представленного на фиг,2.

Источник 9 постоянного тока обеспечивает запитку передатчика и электропотребителей 11, ..., 2k-1 напряжением порядка

30 В соответствующее бортовому питанию летательного аппарата. Стабилитроны VD1, VD2 к примеру 2С512А, формируют стабилизированное напряжение питания для операционного усилителя соответствующее

+24 В и+12 В относительно анода стабилитрона Ч02, транзистор VT р-и-р-типа находится в области отсЕчки, Электропотребители 11, ..., 2k-1, подключаясь к источнику постоянного тока через ключи 12, ..., 2К в соответствие с циклограммой работы -двигательной уста— новки летательного ahnapata, йотребляют постоянный ток lo, который протекает через дроссель 7 без выделения на нем тепловых потерь, так как активная составляющая сопротивления обмоточного провода дросселя мала.

На вход- формирователя 3 сообщения подается последовательный код, в котором формируется сообщение. Это сформированное сообщение, а именно синхронизированный последовательный код, поступает на вход операционного 4 дифференциального усилителя. Усилитель усиливает разность напряжений в соответствии с коэффициентом усиления, на который настраивается усилитель и подает на базу выходного транзистора VT. Транзистор при отрицательных значениях выходного напряжения усилителя 4 относительно потенциала средней -точки последовательно включенных стабилитронов ЧО1, VD2 переходит в активную область и преобразует напряжение в сигналы постоянного тока по цепи: плюс источника 9 постоянного тока— провод 1 — стабилитрон VD1 — эмиттер — . коллектор транзистора VT — резистор R4— провод 2 — дроссель 10 — минус источника постоянного тока(на фиг, 2 этот ток обозначен через 1 ). Для сигналов постоянного тока, протекающих по вышеописанной цепи с соответствующей частотой, дроссель будет представлять индуктивное сопротивление, на котором сигналы постоянного тока будут преобразовываться в напряжение, Величина этого напряжения будет зависеть от индуктивности дросселя, которая имеет довольно малое значение порядка 10 Гн и величины коммутируемых сигналов постоянного тока. Уровень сигналов напряжения, снимаемых с дросселя 10, должен соответствовать величине 20 — 50 мВ, с тем чтобы не создавать помех другим электропотребителям. К точке "а" в схеме согласно фиг.2 можно подключить приемную часть, которая обеспечит прием, усиление и преобразование полученного кода..

В цепь обратной связи операционного усилителя через транзистор входят емкость двухпроводной линии, индуктивность дросселя и реактивные составляющие электропотребителей, которые вносят заметный фазовый сдвиг, тем самым уменьшая запас устойчивости усилителя. Один из методов борьбы влияния реактивных составляющих сопротивления нагрузки — подбор операционного усилителя с очень низким выходным сопротивлением или же получение такого сопротивления включением мощного каскада, в конкретном случае транзистора VT, между выходом операционного усилителя и нагрузкой. Чем ниже выходное сопротивление операционного усилителя, тем на большую емкость нагрузки он может работать без потери устойчивости. Мощный выходной каскад должен обеспечить в нагрузке ток, значение которого определяется по формуле

1755380

Кроме того, с целью компенсации фазо- проводится экспериментально при лаборавого сдвига, вносимого дросселями и ли- торных исследованиях устройства. нией с нагрузкой, в цепь обратной связи Дифференциальное сопротивление гк операционного усилителя включен компен- обратно пропорционально зависит от эмитсирующий конденсатор СЗ малой емкости 5 терного тока, т.е, положение асимп о В меж г имптоты вц ду его инвертирующим входом и выхо- изменяется в рамках заштрихованной обладом, причем подключен к выходу операци- сти. Соответственно меняется положение онного усилителя через дифференциальное наклонной КоВ согласно фиг.3. Но при этом сопротивление коллектора транзистора \IТ, устойчивость операционного усилителя буДифференциальное сопротивление коллек- 10 дет обеспечена, наклон линии КДВ то а р обратно пропорционально зависит от штрихованной области 6 ии КД в заудет тока эмиттера (см. И,П.Степаненко "Основы соответствовать -20 дБ/дек, теории транзисторов и транзисторных Особенностью работы предлагаемого схем", стр.182, Москва 1973 r). Качествен- устройства является обеспечение дросселю ное изменение АЧХ петлевого усиления 15 ненасыщенного состояния. Как известно, Кр, представленной на фиг,З, можно по- при насыщенном магнитопроводе нять, рассматривая два параллельных кана- резкого падения индуктивности возрастает ла передачи сигнала в цепи обратной связи. намагничивающий ток, что приводит к плоа именно каналы низкочастотной и высоко- хой передаче информации. Из характеричастотной передачи. Для этого рассмотрим 20 стики намагничивания, представленной на эквивалентную схему цепи обратной связи, фиг,5, видно, что передачу информации цепредставленную на фиг.4, где сопротивле- лесообразно проводить, когда магнитная ние дросселя линии и электропотребителей цепь линейна, т.е. на ненасыщенном участобозначены LH, С и RH. На низких частотах ке. Величина магнитного потока задается сопротивления конденсаторов велики, и пе- 25 величиной постоянного тока, протекающего редачу цепи обратной связи Внч определя- через дроссель для запитки электроклапают только резистивные элементы. Для HQB.Äèàïàçîí изменения тока Al ч. вы к т со очастотных сигналов сопротивление дроссель соответствует изменению магнитка через емкости Сн равно нулю, вследствие чего, ного потока ЛФ. Характеристика намагнирезисторыгкиВЗобьединяютсяобщимпро- 30 чивания дросселя зависит также от его ся В водом и низкочастотный канал выключает- геометрических размеров. Поэтому ис о т му исходя иг,З . нч уменьшается, начиная с частоты happ из среднеготока потребления, протека (фиг, ). На очень высоких частотах сопро- ro через дроссель, определяют его геометтивление конденсатора СЗ становится близ- рические размеры, чтобы он не вошел в ким к нулю. и дифференциальное 35 насыщение.

conpoTMsneHMe г, соединяется с ил R2 . ПРи пРоведении лабоРатоРных исслеR Звй 2 довании были использованы ферритовые

Коэффициент передачи высокочастотного кольцевые сердечники типа M 2000 АМ1-17, канала цепи обратной связи принимает по- К 40 х 25 х 11. стоянное значение, начиная с частоты fð8 40 (см. фиг.3). В .интервале частот fpH...„ fpe Ф о р мул а изобретен и я имеет место переход от одной асимптоты на Устройство для передачи и приема дандругую. Элементы г и СЗ приводят к тому, ных по двухпроводной линии, содержащее что в области верхних частот передача цепи в передатчике операционный дифференциобратной связи увеличивается и асимптота 45 альный усилитель, первый вывод питания

КрВ с наклоном -20 дБ/дек, изображенная которого подключен к первому проводнику на фиг.3, проходит ближе к асимптоте АЧХ двухпроводной линии, второй вывод питаполностью скорректированного усилителя. ния через генератор тока -- к второму провоТаким образом, устойчивость обеспечена. ду двухпроводной линии, выход

При изменении глубины обратной связи 50 операционного дифференциального усилиасимптота Внч пойдет ниже или выше, но теля соединен с базой транзистора, а неинчастота fp< сохранится неизменной. В обла- вертирующий вход операционного сти высоких частот положение асимптоты дифференциального усилителя — с первым

Ввч определяется г,; которое зависит от ве- выводом первого резистора, кроме того, личины протекающего тока, а частота fpe 55 формирователь сообщений одним выводом уменьшается с увеличением резисторов R2 подключен к первому проводу двухпроводи ВЗ, Аналитических удобных формул для ной линии, а вторым выводом — к второму расчета корректирующих элементов авторы выводу питания операционного дифферен не имеют, их выбор в конкретном примере циального усилителя, а в приемнике первый

1755380

12 вывод источника постоянного тока подключен к первому проводу двухпроводной ли нии, отл и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью сокращения энергозатрат путем исключения потерь на преобразователе сигналов постоянного тока в напряжение при одновременном обеспечении компенсации фазового сдвига, в приемник введен преобразователь сигналов постоянного тока в напряжение, выполненный в виде дросселя, который подключен к второму выводу источника постоянного тока и второму проводу двухпроводной линии, а в передатчике введены второй, третий и четвертый резисторы. первый, второй и третий конденсато- ры, первый и второй стабилитроны, причем катод первого стабилитрона подключен к первому выводу питания операционного дифференциального усилителя, а анод к катоду второго стабилитрона, причем анод второго стабилитрона подключен к второму выводу питания операционного дифференциального усилителя, кроме того, анод первого стабилитрона соединен с эмиттером транзистора и первым выводом второго ре5 зистора. второй вывод которого подключен через первый конденсатор к инвертирующему входу операционного дифференциального усилителя и второму выводу первого резистора, первый вывод которого

10 через второй конденсатор подключен к входу формирователя сообщений, причем инвертирующий вход операционного дифференциального усилителя соединен с первым выводом третьего резистора и че15 рез третий конденсатор — с коллектором транзистора, который через четвертый резистор подключен к второму проводу двухпроводной линии, причем выход операционного дифференциального уси20 лителя подключен к второму выводу третьего резистора, 1755380

ЮЛУ

all-X(aI)

Составитель В.Грачев

Редактор Л.Пчолинская Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор С.Пекарь Заказ 2899 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Рауеская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101