ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДВУХПРОВОДНОЙ ЛИНИИ СВЯЗИ
POWER SUPPLY FOR TWO-WIRE COMMUNICATION LINE

Изобретение относится к конструкции источников питания двухпроводной линии связи, предназначенной для передачи сигналов между электронными устройствами, а также для передачи сигналов между электронными устройствами и для их питания.
Известен источник питания линии связи между электронными устройствами для передачи электрических сигналов от передатчика к приемнику, совмещенный с передатчиком. Источник питания линии связи имеет трехполюсное либо двухполюсное исполнения применительно, соответственно, к трехпроводному либо двухпроводному исполнению линии связи. Устройство известно применительно к интерфейсу RS-485 ("Аппаратные средства IBM PC". Энциклопедия. С-Пб, Изд-во "Питер", 2001, стр.351).
Недостатком известного источника питания линии связи RS-485 является невозможность питания электронных устройств от линии связи. Это требует включения источников питания линии связи в конструкцию каждого электронного устройства и приводит к удорожанию аппаратуры. Кроме того, раздельное питание устройств при большой длине связи приводит к рассогласованию потенциалов их общей шины, что может приводить к электрическому пробою и выходу приборов из строя. Для предотвращения пробоя применяют гальваническую развязку устройств с линией связи, что приводит к дополнительному удорожанию аппаратуры.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является источник питания линии связи MicroLAN (www.maxim-ic.com, Silicon Serial Number DS2401). Один из полюсов известного источника питания подключен к общей шине и к одному из проводов двухпроводной линии связи, а другой - ко второму проводу двухпроводной линии связи через ограничительный резистор.
Источник питания двухпроводной линии связи MicroLAN позволяет обеспечивать питание большого количества электронных устройств от линии связи, что удешевляет аппаратуру.
Недостатком известного источника питания линии связи MicroLAN являются низкая помехоустойчивость при передаче сигналов. Это объясняется различными условиями протекания тока в проводах линии, связанными с наличием ограничительного резистора в одном из проводов линии связи, что способствует возникновению напряжения помехи при воздействии электромагнитных полей.
Несмотря на то, что помеха воздействует одинаково на оба провода линии связи, результат воздействия различен, так как различны условия распространения помехи в подключенном к общей шине проводе линии связи и во втором проводе, включенном через ограничительный резистор. Величина тока, создаваемого помехой в подключенном к общей шине проводе, определяется только сопротивлением провода. Во втором проводе линии связи ток помехи существенно меньше, так как он определяется суммой сопротивлений провода и ограничительного резистора. В результате, хотя воздействие помехи на провода линии связи одинаково, падения напряжения помехи на проводах линии связи различны, и между проводами линии связи возникает разность потенциалов, что препятствует правильной передаче полезного сигнала.
Под термином «общая шина» понимается гипотетическая точка, которая имеет свое физическое воплощение обычно в виде провода, и относительно которой отсчитывается величина потенциала всех других частей и компонентов электронного устройства.
Традиционным решением для снижения влияния помехи является установка частотных фильтров в приемнике, чтобы не пропустить в приемник сигнал помехи, который имеет частоту, отличную от полезного сигнала. Однако это удорожает конструкцию приемника сигнала и, кроме того, не работает для частот, близких к частоте полезного сигнала. Более эффективным способом было бы не бороться с уже проникшим в линию связи сигналом помехи, а не допустить помеху в линию связи.
В рамках данной заявки решается задача повышения помехоустойчивости при передаче электрических сигналов в линии связи при одновременном упрощении конструкции и удешевлении подключенных к линии связи электронных устройств - приемников и передатчиков, за счет усовершенствования конструкции источника питания линии связи, которая обеспечивает автоматическую компенсацию сигнала помехи в обоих проводах линии связи. Решается проблема разработки такой конструкции источника питания, которая не допускает самого проникновения сигнала помехи в провода линии связи, и тем самым обеспечивает защиту всех электронных устройств, подключенных к линии связи, снижая их стоимость.
Поставленная задача настоящего изобретения реализуется в вариантах реализации источника питания.
В одном варианте реализации источника питания поставленная задача решается тем, что в источнике питания двухпроводной линии связи, предназначенной для передачи сигналов между электронными устройствами, а также для передачи сигналов между электронными устройствами и для их питания, содержащем двухполюсный первичный источник питания, указанный источник питания дополнительно содержит двухполюсный вторичный источник питания, полюса которого подключены к проводам линии связи, а также к одноименным полюсам первичного источника питания через резисторы равной величины.
Предпочтительно двухполюсный первичный источник питания имеет напряжение, превышающее напряжение вторичного источника питания на величину не менее 0,1 B, при этом в качестве двухполюсного вторичного источника питания включен стабилитрон.
В другом варианте реализации источника питания поставленная задача решается тем, что указанный источник питания двухпроводной линии связи содержит два полюса, подключенные к проводам линии связи, и общую шину, причем полюса указанного источника питания подключены к общей шине через резисторы равной величины.
Сущность изобретения поясняется графическим материалом, включающим следующие чертежи:
фиг.1 - принципиальная электрическая схема предпочтительного варианта выполнения источника питания, в которой полюса двухполюсного вторичного источника питания подключены к проводам линии связи, а также к одноименным полюсам первичного источника питания через резисторы равной величины.
фиг.2 - принципиальная электрическая схема предпочтительного варианта выполнения источника питания, в которой в качестве двухполюсного вторичного источника питания включен стабилитрон.
фиг.3 - принципиальная электрическая схема предпочтительного варианта выполнения источника питания, в которой полюса источника питания подключены к общей шине через резисторы равной величины.
Для раскрытия сущности изобретения на чертежах введены следующие обозначения: 1 - источник питания; 2 - первичный источник питания; 3, 4 - резисторы равной величины; 5 - вторичный источник питания; 6 - двухпроводная линия связи; 7, … N - приемники; 8, … М - передатчики; 9 - общая шина.
Сущность вариантов реализации источника питания двухпроводной линии связи состоит в следующем.
В заявленном источнике питания двухпроводной линии связи условия передачи электрических сигналов одинаковы в обоих проводах линии связи, так как для каждого провода линии связи сопротивление между точкой воздействия помехи и соответствующим полюсом первичного источника питания одинаково благодаря наличию резисторов равной величины. В связи с этим происходит компенсация напряжения синфазного сигнала помехи на всем протяжении линии связи, напряжение в линии не содержит сигнала помехи и не искажает сигнал передатчика. Уровень сигнала помехи в линии при этом снижается в тысячи раз. Заявленный источник питания позволяет осуществлять связь даже в таких условиях, в которых при использовании источника питания по прототипу напряжение помехи намного превышало бы полезный сигнал.
Основная идея устройства заключается не в традиционном подавлении синфазного сигнала помехи, наведенного на провода линии связи (это обычно достигается с помощью частотных фильтров, входящих в состав приемника сигнала), а в недопущении самого проникновения сигнала помехи в провода линии связи. При этом если с помощью традиционных методов подавления помех каждое устройство, подключенное к линии связи, защищает само себя, то в заявляемом изобретении защита от помехи создана в источнике питания, но защищает все другие устройства, подключенные к линии связи - приемники, передатчики.
Сущность заявленного источника питания двухпроводной линии связи, обеспечивающего компенсацию сигнала помехи при передаче сигналов на большие расстояния, с питанием передатчиков и приемников от линии связи, поясняется неограничивающими примерами его реализации.
Пример 1.
В источнике питания 1, к полюсам двухполюсного первичного источника питания 2 в виде аккумуляторной батареи напряжением 12B через одинаковые резисторы 3 и 4 сопротивлением 1 кОм подключены одноименные полюса двухполюсного вторичного источника питания 5 в виде аккумуляторной батареи напряжением 6 B, и провода линии связи 6, выполненные в виде так называемой «витой пары» (см. фиг.1). К проводам линии связи 6 подключены электронные устройства: приемники 7…N и передатчики 8…М, которые питаются от линии связи 6 и обмениваются сигналами между собой. При необходимости отрицательный полюс первичного источника питания 2 подключен к общей шине 9 устройства.
Передатчики 8…M представляют собой микропроцессоры с выходным каскадом в виде управляемого микропроцессором ключа, подключенного параллельно к линии связи 6.
Обычное состояние линии связи 6 соответствует передаче логической единицы, при этом напряжение в линии связи имеет максимальное значение, вблизи вторичного источника питания - 6B. Логический ноль передатчики 8…M формируют путем замыкания линии связи 6 ключом (не показан).
Провода линии связи 6 помещают в электромагнитное поле, создающее помеху, либо подают напряжение синфазной помехи от генератора в оба провода линии связи 6. Измеряют напряжение помехи между проводами линии связи 6 в различных ее участках.
Для имитации условий распространения помехи в прототипе (с целью сравнения) замыкают резистор 4. Измеряют напряжение помехи между проводами линии связи 6 в различных ее участках.
В заявляемом устройстве в результате компенсации напряжение помехи оказывается в тысячи раз меньше напряжения помехи в прототипе.
В примере 1 напряжение первичного источника питания 2 может быть больше, равно или меньше напряжения вторичного источника питания 5. При этом никакие параметры устройства, так же как и результаты измерений напряжения помехи, не изменяются.
Пример 2.
В источнике питания 1, к полюсам двухполюсного первичного источника питания 2 в виде аккумуляторной батареи напряжением 12B через одинаковые резисторы 3 и 4 сопротивлением 100 Ом подключены выводы вторичного источника питания 5 в виде стабилитрона напряжением 5, 6 B, и провода линии связи 6, выполненные в виде так называемой «витой пары» (см. фиг.2). К проводам линии связи 6 подключены электронные устройства: приемники 7…N, и передатчики 8…M, которые питаются от линии связи 6 и обмениваются сигналами между собой. При необходимости отрицательный полюс первичного источника питания подключен к общей шине 9 устройства.
Для нормальной работы стабилитрона и для обеспечения питания приемников 7…N и передатчиков 8…M напряжение первичного источника питания 2 превышает рабочее напряжение стабилитрона 5 на 3, 4 B и составляет 9 B.
Логический ноль передатчики 8…M формируют путем замыкания линии связи 6 ключом (не показан).
Провода линии связи 6 помещают в электромагнитное поле, создающее помеху, либо подают напряжение синфазной помехи от генератора в оба провода линии связи 6. Измеряют напряжение помехи между проводами линии связи 6 в различных ее участках.
Для имитации условий распространения помехи в прототипе (с целью сравнения) замыкают резистор 4. Измеряют напряжение помехи между проводами линии связи 6 в различных ее участках.
В заявляемом устройстве в результате компенсации напряжение помехи оказывается в тысячи раз меньше напряжения помехи в прототипе.
Пример 3.
В источнике питания 1, к полюсам двухполюсного источника питания 5 в виде аккумуляторной батареи напряжением 6B подключены провода линии связи 6, выполненные в виде так называемой «витой пары» и одинаковые резисторы 3 и 4 сопротивлением 1 кОм, вторые выводы которых замкнуты между собой и подключены к общей шине 9 устройства (см. фиг.3). К проводам линии подключены электронные устройства: приемники 7…N и передатчики 8…M, которые питаются от линии связи 6 и обмениваются сигналами между собой.
Провода линии связи 6 помещают в электромагнитное поле, создающее помеху, либо подают напряжение синфазной помехи от генератора в оба провода линии связи 6. Измеряют напряжение помехи между проводами линии связи 6 в различных ее участках.
Для имитации условий распространения помехи в прототипе (с целью сравнения) замыкают резистор 4. Измеряют напряжение помехи между проводами линии связи 6 в различных ее участках.
В заявляемом устройстве в результате компенсации напряжение помехи оказывается в тысячи раз меньше напряжения помехи в прототипе.
Преимущества изобретения определяются тем, что в результате компенсации напряжения помехи в проводах линии связи уровень помех снижается в тысячи раз. Это позволяет повысить дальность и надежность связи между передатчиками и приемниками, подключенными к линии связи, путем увеличения помехозащищенности.
Упрощение и удешевление конструкции достигается за счет того, что не требуется устанавливать блоки питания в каждом приемнике и передатчике, а также устанавливать в них частотные фильтры. Конструкция источника питания не допускает самого проникновения сигнала помехи в провода линии связи, и тем самым обеспечивает защиту всех электронных устройств, подключенных к линии связи, снижая их стоимость.