УСТРОЙСТВО И СИСТЕМА СВЯЗИ ПО ЛИНИИ ПИТАНИЯ
DEVICE AND SYSTEM OF COMMUNICATION VIA POWER SUPPLY LINE

Настоящее изобретение касается системы соединения между проводной линией связи, имеющей характеристическое полное сопротивление линии и выполненной с возможностью передачи сигнала, одновременно содержащего электрическое питание и данные, и блоком управления, содержащим контактный вывод электрического питания и контактный вывод данных, при этом указанная система имеет входное полное сопротивление.
Изобретение касается также прибора управления по меньшей мере одним электронным прерывателем, содержащего блок управления электронным прерывателем или каждым электронным прерывателем, при этом указанный блок содержит контактный вывод электрического питания и контактный вывод данных и систему связи между проводной линией связи, выполненной с возможностью передачи сигнала, одновременно содержащего электрическое питание и данные, и указанным блоком управления.
Известна система соединения вышеуказанного типа. Такая система предназначена для получения электрического питания и данных из единого сигнала, передаваемого по проводной линии, с целью подачи электрического питания на контактный вывод питания блока управления, с одной стороны, и передачи данных на контактный вывод данных блока управления, с другой стороны.
Вместе с тем, некоторые данные, передаваемые системой управления на блок управления, оказываются искаженными и, следовательно, не могут быть использованы этим блоком. Действительно, для системы соединения довольно сложно различать электрическое питание и данные.
Задачей настоящего изобретения является улучшение передачи данных на блок управления и одновременное уменьшение количества данных, искажаемых системой соединения.
В этой связи объектом настоящего изобретения является система соединения вышеуказанного типа, отличающаяся тем, что содержит средства согласования входного полного сопротивления с характеристическим полным сопротивлением линии.
Автор изобретения установил, что нарушение целостности данных системой соединения связано с рассогласованием между входным полным сопротивлением и характеристическим полным сопротивлением линии, происходящим по причине приема электрического питания.
Согласно другим вариантам выполнения система соединения содержит один или несколько следующих отличительных признаков, взятых отдельно или в любых технически возможных комбинациях:
- средства согласования выполнены с возможностью согласования входного полного сопротивления с характеристическим полным сопротивлением линии для заранее заданного частотного диапазона, называемого полосой согласования, и спектр сигнала входит в указанную полосу согласования;
- средства согласования содержат нагрузку со значением, изменяющимся в зависимости от выходного тока, потребляемого блоком управления на выходе указанной системы;
- система имеет входное напряжение постоянного значения, и указанная нагрузка выполнена с возможностью обеспечения потребления системой постоянного входного тока;
- система имеет входное напряжение переменного значения, и указанная нагрузка выполнена с возможностью обеспечения потребления системой переменного входного тока, по существу равного значению входного напряжения, поделенному на значение характеристического полного сопротивления линии;
- система содержит устройство отбора энергии, предназначенное для подключения между проводной линией и контактным выводом питания и содержащего указанную переменную нагрузку, и устройство передачи данных, предназначенное для подключения между проводной линией и контактным выводом данных и содержащее аттенюатор, выполненный с возможностью значительного понижения второго тока, потребляемого на входе указанного устройства передачи;
- указанная переменная нагрузка содержит накопитель тока, расположенную на выходе генератора тока;
- накопитель тока содержит диод Зенера;
- аттенюатор указанного устройства передачи является аттенюатором по меньшей мере на 30 дБ, так чтобы сила второго тока была меньше или равной 1/20 силы первого тока;
- устройство передачи данных содержит фильтр нижних частот;
- генератор тока имеет КПД, превышающий или равный 80%;
- система имеет КПД, превышающий или равный 60%;
- система выполнена с возможностью приема сигнала, одновременно содержащего электрическое питание и данные, при этом электрическое питание и данные имеют одинаковый частотный спектр;
- полоса согласования равна спектру сигнала, принимаемого на входе системы соединения;
- полоса согласования является частотным диапазоном, по существу находящимся в пределах от 0 до 20 МГц, предпочтительно от 0 до 15 МГц;
- устройство передачи данных выполнено с возможностью передачи только данных, содержащихся в заданном частотном интервале, называемом полосой передачи;
- полоса передачи входит в полосу согласования;
- полоса передачи является частотным интервалом, по существу находящимся в пределах от 0 до 5 МГц, предпочтительно от 0 до 3 МГц.
Объектом настоящего изобретения является также прибор управления по меньшей мере одним электронным прерывателем вышеуказанного типа, отличающийся тем, что система соединения является описанной выше системой.
Эти отличительные признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания, представленного исключительно в качестве примера, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 - схема прибора управления электронным прерывателем в соответствии с настоящим изобретением;
фиг.2 - электрическая схема устройства отбора энергии системы соединения прибора управления, показанного на фиг.1;
фиг.3 - схема устройства передачи данных системы соединения согласно первому варианту выполнения изобретения;
фиг.4 - кривая, показывающая изменение в зависимости от частоты параметра, характеризующего согласование полного сопротивления на входе системы соединения прибора, показанного на фиг.1;
фиг.5 - вид, аналогичный фиг.3, согласно второму варианту выполнения изобретения;
фиг.6 - вид, аналогичный фиг.2, согласно третьему варианту выполнения изобретения;
фиг.7 - кривые, иллюстрирующие соответствующие нормализованные частотные спектры первого информационного сигнала, принимаемого на входе системы соединения, и соответствующего сигнала на выходе фильтра устройства передачи данных;
фиг.8 - кривые, аналогичные фиг.7, для второго информационного сигнала, принимаемого на входе системы соединения.
Показанный на фиг.1 прибор 2 управления электронным прерывателем 4 содержит блок 6 управления прерывателем и систему 8 соединения между проводной линией 10 связи и блоком 8 управления.
Электронный прерыватель 4 является, например, прерывателем инвертора напряжения, выполненного с возможностью питания электрического двигателя транспортного средства, в частности, железнодорожного транспортного средства, при этом инвертор напряжения выдает трехфазное выходное напряжение, получаемое из постоянного входного напряжения. Электронный прерыватель 4 является, например, биполярным транзистором с изолированным затвором, называемым также транзистором IGBT (от английского Insulated Gate Bipolar Transistor), или тиристором.
Блок 6 управления содержит два входных контактных вывода, а именно контактный вывод 12 электрического питания и контактный вывод 14 данных, и два выходных контактных вывода 16, 17. Входные контактные выводы 12, 14 соединены с системой 8 соединения, первый выходной контактный вывод 16 соединен с прерывателем 4, а второй выходной контактный вывод 17 соединен с системой 8 соединения.
Блок 6 управления содержит блок обработки данных, представляющий собой, например, процессор 18 данных, связанный с запоминающим устройством 20. Запоминающее устройство 20 выполнено с возможностью записи программы вычисления сигнала 22 управления прерывателем 4 в зависимости от выбранного широтно-импульсного модулирования. Запоминающее устройство 20 выполнено также с возможностью записи программы применения сигнала 22 управления для прерывателя 4.
e
e
e
e
е
Система 8 соединения содержит устройство 24 отбора энергии и устройство 26 передачи данных, образующие прибор приема информационного сигнала из проводной линии 10 связи. Система 8 соединения выполнена с возможностью извлечения электрического питания и данных из единого сигнала, передаваемого по проводной линии 10. Система 8 соединения содержит прибор 27 передачи другого информационного сигнала в проводную линию 10 связи. Система 8 соединения имеет входное полное сопротивление Z, равное V/I, где V, I соответственно являются напряжением и силой входного тока системы 8 соединения.
0
Проводная линия 10 связи выполнена с возможностью передачи информационных сигналов, при этом каждый информационный сигнал одновременно содержит электрическое питание и данные. Проводная линия 10 имеет характеристическое полное сопротивление линии Z. Линия 10 связи является, например, линией последовательной передачи RS485, линией последовательной передачи RS482 или линией Ethernet.
Устройство 24 отбора энергии соединено на входе с проводной линией 10 связи через два входных контактных вывода 28 и на выходе - с контактным выводом 12 электрического питания блока управления через выходной контактный вывод 30. Устройство 24 отбора энергии содержит выпрямитель 32, генератор 34 тока и переменную нагрузку 36.
Устройство 26 передачи данных содержит два входных контактных вывода 38, соединенных с проводной линией 10 связи, и выходной контактный вывод 40, соединенный с контактным выводом 14 данных. Устройство 26 передачи данных содержит аттенюатор 42, фильтр 44 и компаратор 45, соединенные последовательно и установленные в этом порядке.
Прибор 27 передачи содержит входной контактный вывод 46А, соединенный со вторым выходным контактным выводом 17 блока управления, и два выходных контактных вывода 46B, соединенных с проводной линией 10 связи.
Выпрямитель 32 соединен на входе с входными контактными выводами 28 и на выходе - с генератором 34 тока. Выпрямитель 32 выполнен с возможностью преобразования входного переменного тока в выходной постоянный ток.
Генератор 34 тока соединен на выходе с выходным контактным выводом 30.
,
1
Переменная нагрузка 36 подключена между выходным контактным выводом 30 и электрической массой 47 в виде отвода относительно выпрямителя 32 и генератора 34 тока, соединенных последовательно. Нагрузка 36 имеет значение, изменяющееся в зависимости от выходного тока Is потребляемого блоком 6 управления на выходе системы 8. Переменная нагрузка 36 выполнена с возможностью потребления первого постоянного тока I на входе устройства 24 отбора энергии.
e
Выпрямитель 32 соединен на входе с двумя входными контактными выводами 28 устройства отбора энергии и содержит выходной контактный вывод 48, как показано на фиг.2. Выпрямитель 32 выполнен, например, в виде моста диодов D1, D2, D3 и D4. Диоды D1-D4 являются, например, диодами Шотки очень небольшой емкости порядка одной пФ, чтобы свести к минимуму потерю энергии. Входное напряжение моста диодов D1-D4 является напряжением V, а выходное напряжение измеряют между точкой соединения между диодами D1 и D2, с одной стороны, и точкой соединения между диодами D3 и D4, соединенной с электрической массой 47, с другой стороны. Точка соединения между диодами D1 и D2 соединена с выходным контактным выводом 48.
Между выпрямителем 32 и генератором 34 тока установлен фильтрующий конденсатор С1. Фильтрующий конденсатор С1 подключен между выходным контактным выводом 48 и электрической массой 47. Его значение выбирают таким образом, чтобы стабилизировать генератор тока и в то же время чтобы спектр принимаемого информационного сигнала находился в полосе пропускания устройства 24 отбора энергии.
Генератор 34 тока содержит входной контактный вывод 50, контактный вывод 52 управления и выходной контактный вывод 54. Генератор 34 тока содержит, например, первый и второй биполярные транзисторы Q1, Q2, идентичные и соединенные между собой своими базами. Точка соединения между двумя базами соединена с электрической массой 47 через первый резистор R1. Эмиттер первого биполярного транзистора Q1 соединен с входным контактным выводом 50 через второй резистор R2. Эмиттер второго биполярного транзистора Q2 напрямую подключен к входному контактному выводу 50, и коллектор второго биполярного транзистора Q2 напрямую подключен к выходному контактному выводу 54 генератора тока. Биполярные транзисторы Q1, Q2 являются транзисторами типа p-n-р. Биполярные транзисторы Q1, Q2 являются, например, транзисторами очень небольшой емкости, порядка одной пФ.
Генератор 34 тока содержит третий биполярный транзистор Q3 управления первым транзистором Q1. Третий транзистор Q3 является транзистором типа n-p-n. База третьего транзистора Q3 соединена, с одной стороны, с контактным выводом 52 управления и, с другой стороны, с входным контактным выводом 50 через третий резистор R3. Коллектор третьего транзистора Q3 соединен с коллектором первого транзистора Q1 через четвертый резистор R4, и эмиттер третьего транзистора Q3 соединен с электрической массой 47.
Переменная нагрузка 36, расположенная на выходе генератора 34 тока, содержит накопитель 56 тока, два стабилизирующих конденсатора С2, C3 и защитный диод D6. Накопитель 56 тока содержит диод Зенера D5. Первый стабилизирующий конденсатор С2 подключен на входе диода Зенера D5 между выходным контактным выводом 54 генератора тока и электрической массой 47. Диод Зенера D5 подключен между выходным контактным выводом 54 генератора тока и электрической массой 47. Защитный диод D6 установлен между выходным контактным выводом 30 устройства отбора энергии и выходным контактным выводом 54 генератора тока. Второй стабилизирующий конденсатор C3 подключен на выходе защитного диода D6 между выходным контактным выводом 30 устройства отбора энергии и электрической массой 47.
2
2
1
е
е
1
2
1
Аттенюатор 42 выполнен с возможностью значительного понижения второго тока I, потребляемого на входе устройства 26 передачи данных. Аттенюатор 42 является аттенюатором по меньшей мере на 30 децибел таким образом, чтобы сила второго тока I была меньшей или равной 1/20 силы первого тока I. При этом нагрузка 36 выполнена с возможностью обеспечения постоянного значения силы входного тока I, потребляемого системой 8, при этом сила входного тока I равна сумме значений силы первого тока I и второго тока I, то есть по существу равна силе первого тока I.
В примере выполнения, показанном на фиг.3, устройство 26 передачи данных выполнено при помощи цифровых компонентов.
e
e
Аттенюатор 42 содержит понижающий трансформатор 58 и аналого-цифровой преобразователь 60, установленный на выходе понижающего трансформатора 58. Входное напряжение понижающего трансформатора 58 равно напряжению V, и выходное напряжение понижающего трансформатора 50 по существу равно 1/25 указанного входного напряжения V, поэтому амплитуда сигнала на выходе понижающего трансформатора 58 совместима с динамикой аналого-цифрового преобразователя 60. Аналого-цифровой преобразователь 60 синхронизирован при помощи первого синхрогенератора H1 с частотой, например, равной 25 МГц.
Фильтр 44 является фильтром нижних частот. Фильтр 44 нижних частот является, например, фильтром на 20 коэффициентов с граничной частотой при 1 дБ, равной 2,5 МГц. Ослабление фильтра 44 нижних частот превышает 30 децибел при частоте более 6 МГц. Фильтр 44 синхронизирован вторым синхрогенератором Н2 с частотой, равной 25 МГц.
В варианте фильтр 44 нижних частот имеет граничную частоту при 1 дБ, равную 3 МГц или равную 5 МГц.
Компаратор 45 является цифровым компаратором.
Далее следует описание работы системы 8 соединения в соответствии с настоящим изобретением.
Когда система 8 соединения работает на прием информационных сигналов, прибор 27 передачи установлен на высокое полное сопротивление, чтобы потреблять на входе ток по существу нулевой силы.
е
1
2
2
1
1
1
е
Ток I на входе системы соединения делится при этом на первый ток I, потребляемый устройством 24 отбора энергии, и на второй ток I, потребляемый устройством 26 передачи данных, при этом ток, потребляемый прибором передачи 27, является по существу нулевым. Сила второго тока I значительно меньше силы первого тока I, предпочтительно меньше или равна 1/20 силы первого тока I благодаря наличию аттенюатора 42. Таким образом, сила первого тока I по существу равна силе входного тока I.
1
Выпрямитель 32 не меняет силу проходящего через него тока, поэтому сила тока, проходящего через его выходной контактный вывод 48, равна силе первого тока I, проходящего через его входные контактные выводы 28.
Сила тока, проходящего через входной контактный вывод 50 генератора тока, по существу равна силе тока, проходящего через выходной контактный вывод 48 выпрямителя, при этом силой тока, проходящего в конденсаторе С1, можно пренебречь.
1
int1
int2
int3
int1
int2
int3
G
int3
1
Командный сигнал, выдаваемый на контактном выводе 52 управления, направляется таким образом, что генератор 34 тока работает в «зеркальном режиме» тока, поскольку транзисторы Q1, Q2 являются идентичными. Транзисторы Q1, Q2 используют асимметрично за счет второго резистора R2, чтобы повысить КПД генератора 34 тока. Первый ток I делится при этом на три промежуточных тока I, I, I. Первый I, второй I и третий I промежуточные токи проходят соответственно через третий резистор R3, второй резистор R2 и эмиттер второго биполярного транзистора Q2. Сила тока генератора I, проходящего через выходной контактный вывод 54 генератора тока, равна силе третьего промежуточного тока I, которая пропорциональна силе первого тока I, проходящего через входной контактный вывод 50 генератора тока, за счет работы в «зеркальном режиме» генератора тока.
G
s
c
s
G
s
c
G
1
1
Ток I генератора, выдаваемый генератором тока, делится на два тока, а именно на выходной ток I, проходящий через выходной контактный вывод 30 устройства отбора энергии и потребляемый блоком 6 управления, и на ток нагрузки I, проходящий через диод Зенера D5 переменной нагрузки 36. Размерность диода Зенера D5 определяют в зависимости от напряжения, используемого блоком 6 управления. За счет диода Зенера D5 нагрузка 36 имеет значение, изменяющееся в зависимости от выходного тока I, таким образом, что ток I генератора, равный сумме выходного тока I и от тока нагрузки I, имеет силу постоянного значения. Сила тока I генератора пропорциональна силе первого тока I, проходящего на входе устройства 24 отбора энергии, при этом сила первого тока I имеет постоянное значение.
s
s
Стабилизирующие конденсаторы С2, C3 позволяют ослаблять колебания выходного тока I и, таким образом, его стабилизировать. Иначе говоря, стабилизирующие конденсаторы С2, C3 фильтруют верхние частоты выходного тока I.
s
2
1
е
e
Таким образом, устройство 24 отбора энергии потребляет ток постоянной силы на своих входных контактных выводах 28, выдавая при этом выходной ток I переменной силы в зависимости от энергии, потребляемой блоком 6 управления. Кроме того, сила второго тока I является ничтожной по сравнению с силой первого тока I, поэтому сила входного тока I системы соединения является по существу постоянной, и входное полное сопротивление Z тоже является постоянным.
1
e
0
Кроме того, значения резисторов R2, R3 и R4 определяют таким образом, чтобы первый ток I имел значение, по существу равное входному напряжению V, поделенному на значение характеристического полного сопротивления линии Z проводной линии 10.
e
e
1
2
e
0
Входное полное сопротивление Z системы соединения по существу равно напряжению V, поделенному на силу первого тока I, с учетом ослабления второго тока I. Иначе говоря, входное полное сопротивление Z по существу равно характеристическому полному сопротивлению линии Z проводной линии 10.
e
0
Таким образом, генератор 34 тока, переменная нагрузка 36 и аттенюатор 42 согласуют входное полное сопротивление Z с характеристическим полным сопротивлением линии Z проводной линии 10. Это согласование осуществляют в заранее определенном частотном диапазоне, называемом полосой согласования. В частности, полоса согласования зависит от значения фильтрующего конденсатора С1. Значение фильтрующего конденсатора С1 выбирают таким образом, чтобы спектр сигнала входил в указанную полосу согласования. Полоса согласования зависит также от значений емкости диодов D1-D4 и биполярных транзисторов Q1 и Q2. Диоды D1-D4 и биполярные транзисторы Q1 и Q2 имеют емкости очень низкого значения порядка одной пФ и не влияют на полосу согласования.
e
0
Система 8 соединения осуществляет согласование входного полного сопротивления Z с характеристическим полным сопротивлением Z за промежуток времени менее 300 нс. Это время согласования в основном связано с диодным мостом выпрямителя 32, с биполярными транзисторами Q1, Q2, Q3 генератора 34 тока и с зарядом конденсаторов C1, С2, C3. Это время согласования значительно меньше полупериода принимаемых сигналов и не мешает, таким образом, приему указанных сигналов.
Электрическая энергия доступна на выходе устройства 24 отбора энергии после промежутка времени менее 8 мкс. Это время доступности в основном связано со стабилизирующими конденсаторами С2, C3. Этот промежуток времени является очень коротким и обеспечивает, таким образом, номинальную работу блока 6 управления.
dB
dB
На фиг.4 показано изменение величины S11 в зависимости от частоты, при этом величину S11 записывают как:
<mrow><mi>S</mi><msub><mrow><mn>11</mn></mrow><mrow><mi>d</mi><mi>B</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mn>20</mn><mi>x</mi><mi>log</mi><mrow><mo>|</mo><mrow><mi>S</mi><mn>11</mn></mrow><mo>|</mo></mrow><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
где S11 является параметром S, характеризующим коэффициент отражения на входе, когда выход согласован, и его можно записать в следующем виде:
<mrow><mi>S</mi><mn>11</mn><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>V</mi><mi>e</mi><mo>−</mo><mi>Z</mi><mi>o</mi><mo>.</mo><mi>I</mi><mi>e</mi></mrow><mrow><mi>V</mi><mi>e</mi><mo>+</mo><mi>Z</mi><mi>o</mi><mo>.</mo><mi>I</mi><mi>e</mi></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>Z</mi><mi>e</mi><mo>−</mo><mi>Z</mi><mi>o</mi></mrow><mrow><mi>Z</mi><mi>e</mi><mo>−</mo><mi>Z</mi><mi>o</mi></mrow></mfrac><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
dB
dB
Отмечается, что величина S11, равная модулю в децибелах параметра S11, имеет значение, меньшее или равное -15 дБ примерно до 8 МГц. Эту кривую получили для сигнала с основной частотой, равной 2,5 МГц. Отмечается также, что согласование полного сопротивления, измеряемое величиной S11, является лучшим, чем -15 дБ, до гармоники 3 собственных частот сигнала.
Значение второго резистора R2 выбирают таким образом, чтобы генератор 34 тока имел КПД, превышающий или равный 80%. Система 8 имеет КПД, превышающий или равный 60%, за счет КПД генератора 34 тока, превышающего или равного 80%.
1
Когда система 8 соединения работает на передачу информационных сигналов, на контактном выводе 52 управления выдается командный сигнал, чтобы заблокировать устройство 24 отбора энергии. При этом сила первого тока I по существу является нулевой и не искажает информационный сигнал, передаваемый прибором 27 передачи через выходные контактные выводы 46B в проводную линию 10.
На фиг.5 показан второй вариант выполнения изобретения, где элементы, аналогичные описанному выше первому варианту выполнения, обозначены идентичными позициями.
Согласно второму варианту выполнения, устройство 26 передачи данных выполнено на основе аналоговых компонентов.
Аттенюатор 42 является аналоговым аттенюатором на 30 дБ и имеет выходное полное сопротивление, соответствующее входному полному сопротивлению фильтра 44, например, равному 120 Ом.
Фильтр 44 является фильтром нижних частот порядка 5, имеющим граничную частоту при 1 дБ, равную 2,5 МГц. Ослабление фильтра 44 нижних частот превышает или равно 30 дБ при частоте выше 6,8 МГц. Граничную частоту и ослабление фильтра 44 вычисляют таким образом, чтобы сохранять только полезный спектр данных. Таким образом, полоса пропускания фильтра 44 входит в полосу согласования, при этом чем уже полоса пропускания фильтра 44, тем больше отношение сигнала к шуму фильтруемых данных.
В варианте фильтр 44 нижних частот имеет граничную частоту при 1 дБ, равную 3МГц или равную 5 МГц.
Компаратор 45 является классическим аналоговым компаратором.
Работа этого второго варианта выполнения идентична работе первого варианта выполнения, и ее описание опускается.
Преимущества этого второго варианта выполнения идентичны преимуществам первого варианта выполнения, и их описание опускается.
На фиг.6 показан третий вариант выполнения изобретения, где элементы, аналогичные описанным выше вариантам выполнения, обозначены идентичными позициями.
int
Согласно третьему варианту выполнения второй резистор заменен полевым МОП-транзистором 70, и контактный вывод 52 управления соединен с органом 72 управления полевым МОП-транзистором 70 и третьим биполярным транзистором Q3. Орган 72 управления содержит средства измерения промежуточного напряжения V на контактных выводах первого конденсатора С1.
Далее следует описание работы этого третьего варианта выполнения.
e
e
int
int
e
e
e
0
Когда система 8 соединения имеет входное напряжение V переменного значения, орган 72 управления измеряет изменения этого входного напряжения V при помощи средств измерения напряжения V, поскольку промежуточное напряжение V по существу равно входному напряжению V. При этом орган 72 управления управляет генератором 34 тока таким образом, чтобы при помощи переменной нагрузки 36 получать переменный входной ток I, по существу равный значению входного напряжения V, поделенному на значение характеристического полного сопротивления Z линии.
e
Кроме того, поскольку время доступности электрической энергии является очень коротким, система 8 соединения обеспечивает номинальную работу блока 6 управления, когда входное напряжение V имеет переменную величину.
Другие преимущества этого третьего варианта выполнения идентичны преимуществам предыдущих вариантов выполнения, и их описание опускается.
В варианте транзисторы Q1, Q2, Q3 являются МОП-транзисторами.
Таким образом, понятно, что изобретение позволяет реализовать систему соединения, имеющую входное полное сопротивление, согласованное с характеристическим полным сопротивлением линии проводной линии связи, с которой она соединена. Изобретение позволяет также улучшить передачу данных в блок управления за счет уменьшения количества данных, искажаемых системой соединения.
Электрическое питание и данные, получаемые из единого сигнала, предаваемого по проводной линии 10, имеют спектры, идентичные по частоте и совпадающие с частотным спектром единого сигнала, принимаемого на входе системы 8 соединения через проводную линию 10.
Полоса согласования является, например, частотным диапазоном, содержащим основную волну и две первые гармоники, следующие за основной волной, называемые также гармоникой №3 и гармоникой №5 информационного сигнала. При этом спектр информационного сигнала частично входит в указанную полосу согласования.
Полоса согласования соответствует также частотному диапазону, при котором устройство 24 отбора энергии извлекает энергию электрического питания, содержащуюся в информационном сигнале, принимаемом на входе системы 8 соединения.
Полоса согласования является, например, частотным диапазоном, по существу находящимся в пределах от 0 до 20 МГц, предпочтительно от 0 до 15 МГц.
В варианте полоса согласования равна всему спектру информационного сигнала, и спектр сигнала в этом случае полностью заключен в указанной полосе согласования.
Устройство 26 передачи данных выполнено, например, с возможностью передачи в блок 6 управления только данных, содержащихся в заранее определенном частотном диапазоне, называемом полосой передачи.
Полоса передачи входит в полосу согласования. Иначе говоря, спектр, используемый для передачи данных, содержащихся в информационном сигнале, входит в спектр, используемый для извлечения энергии электрического питания, которая тоже содержится в информационном сигнале.
Например, полоса передачи является частотным интервалом, содержащим только основную волну информационного сигнала. Иначе говоря, граничная частота фильтра 44 нижних частот равна верхней частоте основной волны информационного сигнала, что позволяет сохранять только основную волну информационного сигнала и не передавать данные, содержащиеся в гармониках информационного сигнала.
Передача только данных, содержащихся в основной волне информационного сигнала, позволяет улучшить отношение сигнала к шуму данных. Действительно, компаратор 45 выполнен с возможностью определять данные, содержащиеся в информационном сигнале, только на основании его основной волны, при этом шум, содержащийся в гармониках информационного сигнала, удаляется во время фильтрации, осуществляемой фильтром 44 нижних частот. После этого компаратор 45 передает данные в блок 6 управления.
Полоса передачи является, например, частотным интервалом, находящимся в пределах от 0 до 5 МГц, предпочтительно от 0 до 3 МГц.
На фиг.7 кривая 100 показывает нормированный частотный спектр первого информационного сигнала, принятого на входе системы 8 соединения, данные которого содержат, например, множество пакетов и пропусков, при этом каждый пропуск разделяет два последовательных пакета. Пакеты используют, например, кодирование типа Манчестера, и пропуски имеют продолжительность, например, от 200 до 800 наносекунд. Кривая 102 показывает нормированный частотный спектр сигнала на выходе фильтра 44 и соответствующего первому информационному сигналу.
В примере выполнения, показанном на фиг.7, первый информационный сигнал имеет частотный спектр, основная волна которого по существу соответствует частотам, заключенным между 0 и 3 МГц, что показано очерченной зоной 104. Первая гармоника, которая следует за основной волной (гармоника №3), по существу соответствует частотам, находящимся в пределах от 1,5 до 8 МГц, а вторая гармоника, которая следует за основной волной (гармоника №5), по существу соответствует частотам, находящимся в пределах от 3 до 15 МГц.
В примере выполнения, показанном на фиг.7, полоса согласования является частотным диапазоном от 0 до 15 МГц, и полоса передачи является частотным интервалом от 0 до 3 МГц. Граничная частота фильтра 44 нижних частот, например, равная 3 МГц, соответствует в этом случае верхней частоте полосы передачи.
На фиг.8 показан другой вариант выполнения изобретения, где сигнал, принятый на входе системы 8 соединения, является вторым информационным сигналом.
Кривая 110 показывает нормированный частотный спектр второго информационного сигнала, принятого на входе системы 8 соединения, данные которого содержат множество пакетов. Пакеты используют, например, кодирование типа Манчестера. Кривая 112 показывает нормированный частотный спектр сигнала на выходе фильтра 44 и соответствующего второму информационному сигналу.
В примере выполнения, показанном на фиг.8, второй информационный сигнал имеет частотный спектр, основная волна которого по существу соответствует частотам, находящимся в пределах от 0 до 5 МГц, что показано очерченной зоной 114. Первая гармоника, которая следует за основной волной (гармоника №3), по существу соответствует частотам, находящимся в пределах от 5 до 10 МГц, и вторая гармоника, которая следует за основной волной (гармоника №5), по существу соответствует частотам, находящимся в пределах от 10 до 15 МГц.
В примере выполнения, показанном на фиг.8, полоса согласования является частотным диапазоном от 0 до 15 МГц, и полоса передачи является частотным интервалом от 0 до 5 МГц. Граничная частота фильтра 44 нижних частот, например, равная 5 МГц, соответствует в этом случае верхней частоте полосы передачи.
Таким образом, понятно, что изобретение позволяет реализовать систему соединения, входное полное сопротивление которой согласовано с характеристическим полным сопротивлением линии для заранее определенного широкого частотного диапазона, называемого полосой согласования, и которая позволяет передавать только данные, содержащиеся в более узком частотном диапазоне, называемом полосой передачи, при этом полоса передачи содержится в полосе согласования.