Устройство межприборной связи

 

Изобретение относится к системам передачи дискретной информации по линиям связи с гальванической развязкой, может быть использовано в медицинском приборостроении и позволяет упростить конструкцию устройства. Устройство содержит на передающей стороне генератор тактовых импульсов, 2 ключевых элемента, триггер, трансформатор, компаратор, элемент задержки, элемент И, диод, инвертор, а на приемной стороне - трансформатор, 3 диода, 2 конденсатора, 2 компаратора, триггер, ключевой элемент, элемент задержки, элемент И, инвертор. 3 ил.

Изобретение относится к системам передачи дискретной информации по линиям связи, в частности к системам с гальванической развязкой при помощи импульсных трансформаторов, и может быть использовано в медицинском приборостроении.

Известно устройство межприборной связи, содержащее на передающей стороне генератор тактовых импульсов, соединенный выходом с управляющим входом первого ключевого элемента, второй ключевой элемент, первый элемент И, первый элемент задержки и передающий трансформатор, соединенный одним выводом первичной обмотки с выходом первого ключевого элемента и через первый компаратор с информационным входом первого триггера, а на приемной стороне второй элемент задержки, третий ключевой элемент и приемный трансформатор, у которого первичная обмотка соединена со вторичной обмотки соединен через второй компаратор с синхронизирующим входом второго триггера, информационный вход которого соединен с выходом третьего компаратора, причем информационные выходы первого и второго триггеров являются информационными выходами соответственно передающей и приемной сторон.

Однако для безопасного электропитания цепи элементов приемной стороны устройства необходимо наличие дополнительного источника питания, в частности, гальванически изолированного от элементов приемной стороны устройства, что усложняет конструкцию всего устройства.

Цель предложения устранение отмеченного недостатка, т.е. упрощение устройства.

Для этого в устройстве межприборной связи, содержащем на передающей стороне генератор тактовых импульсов, соединенный выходом с управляющим входом первого ключевого элемента, второй ключевой элемент, первый элемент И, первый элемент задержки и передающий трансформатор, соединенный одним выводом первичной обмотки с выходом первого ключевого элемента и через первый компаратор с информационным входом первого триггера, а на приемной стороне - второй элемент задержки, третий ключевой элемент и приемный трансформатор, у которого первичная обмотка соединена со вторичной обмоткой передающего трансформатора, а один вывод вторичной обмотки соединен через второй компаратор с синхронизирующим входом второго триггера, информационный вход которого соединен с выходом третьего компаратора, причем информационные выходы первого и второго триггеров являются информационными выходами соответственно передающей и приемной сторон, согласно предложению на передающей стороне устройства введены первый диод и первый инвертор, вход которого соединен с генератором тактовых импульсов и синхронизирующим входом первого триггера, а выход через первый элемент задержки, первый элемент И и через второй ключевой элемент с катодом первого диода, анод которого соединен с упомянутым выводом трансформатора, а на приемной стороне устройства введены три диода, два конденсатора, второй элемент И и второй инвертор, вход которого соединен с выходом второго компаратора, а выход через второй элемент задержки, элемент И и третий ключевой элемент с анодом второго диода, катод которого соединен с упомянутым выводом вторичной обмотки трансформатора, входом третьего компаратора и через третий и четвертый диоды соответственно с первым и вторым конденсаторами.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема устройства; на фиг. 2 временные диаграммы в точках схемы при передаче нулевой информации; на фиг. 3 то же при передаче единичной информации приемной и/или передающей сторонам устройства.

Устройство содержит на передающей стороне 1 генератор 2 тактовых импульсов, соединенный выходом с управляющим входом заземленного ключевого элемента 3, с синхронизирующим входом триггера 4 и через инвертор 5, элемент задержки 6 и элемент И 7 с управляющим входом ключевого элемента 8; трансформатор 9, соединенный одним выводом первичной обмотки с источником питания и с одним из выходов ключевого элемента 8, а другим выводом с одним из выходов ключевого элемента 3, с анодом диода 10, катод которого соединен со вторым выходом ключевого элемента 8 и через компаратор 11 с информационным входом триггера 4.

На приемной стороне 12 устройство содержит трансформатор 13, первичная обмотка которого соединена со вторичной обмоткой трансформатора 9, а один вывод вторичной обмотки через диоды 14, 15 соответственно с конденсаторами 16, 17, через компараторы 18, 19 соответственно с синхронизирующим и информационным входами триггера 20 и через диод 21 с одним из выходов заземленного ключевого элемента 22; выход компаратора 18 соединен через инвертор 23, элемент 24 задержки и элемент И 25 с управляющим входом ключевого элемента 22.

Устройство работает следующим образом.

Первичная обмотка трансформатора 9 периодически подключается к источнику питания напряжением U₁ ключевым элементом 3, на вход которого подаются тактовые прямоугольные импульсы с периодом T от генератора 2 (фиг. 2а, 3а). Таким образом во время каждого тактового импульса в фазе ожидания первичная обмотка трансформатора 9 на время Т/2 подключается к низкоимпедансному источнику питания, а в фазе передачи отключается от него на время Т/2, и в фазе передачи напряжения на первичной обмотке определяется только магнитным потоком в сердечниках трансформаторов 9, 13 и импедансами подключенных к этой обмотке цепей. На приемной стороне 12 в фазе ожидания через диод 14 заряжается конденсатор 16, который фильтрует напряжение питания U₂, а в фазе передачи через диод 15 током самоиндукции трансформатора 13 заряжается конденсатор 17, который фильтрует напряжение питания U₃. Учитывая, что фазы ожидания и передачи равны по длительности, напряжения U₂, U₃ приблизительно равны по величине, но противоположны по знаку. Полученные напряжения используются для питания элементов приемной стороны 12.

В случае передачи нулевой информации (фиг. 2g) характер нагрузки приемной стороны 12 таков, что магнитный поток в сердечнике трансформатора 13 непрерывен и напряжение на его вторичной обмотке по форме близко к меандру (фиг. 2h).

В случае передачи единичной информации от передающей стороны к приемной тактовые импульсы от генератора 2 инвертируются инвертором 5, задерживаются элементом 6 на время τ₁ (τ₁ < T/2) от начала фазы передачи (фиг. 3b) и используются в элементе И 7 для преобразования управляющего сигнала (фиг. 3c) в информационный (фиг. 3d). На время T/2 - τ₁ в конце фазы передачи первичная обмотка трансформатора 9 закорачивается ключевым элементом 8 через диод 10, в результате в конце фазы передачи напряжения на этой обмотке понижается (фиг. 3g). Ввиду сильной магнитной связи между обмотками трансформаторов 9, 13 напряжение на вторичной обмотке трансформатора 13 имеет аналогичную форму (фиг. 3h). Тактовые импульсы с периодом T формируются из напряжения вторичной обмотки трансформатора 13 компаратором 18 с увеличенным диапазоном срабатывания и опорным напряжением U₄ (0<U<U), поэтому компаратор 18 нечувствителен к процессам приема и передачи информации. Компаратор 19 сравнивает напряжение вторичной обмотки трансформатора 13 с опорным напряжением U₅ (U₃<U<0). Триггер 20 фиксирует принимаемый сигнал (фиг. 3l) в начале фазы ожидания.

В случае передачи единичной информации от приемной стороны к передающей тактовые импульсы с выхода компаратора 18 инвертируются инвертором 23, задерживаются элементом 24 на время τ₂ (τ₂ < T/2) от начала фазы передачи (фиг. 3m) и используются в элементе И 25 для преобразования управляющего сигнала (фиг. 3n) в информационный (фиг. 3p). На время T/2 - τ₂ в конце фазы передачи вторичная обмотка трансформатора 13 шунтируется ключевым элементом 22 через диод 21. В результате шунтирования вторичной обмотки трансформатора 13 форма напряжения на первичной обмотке трансформатора 9 изменяется, что приводит к срабатыванию компаратора 11 с опорным напряжением U₆ (U₁<U<2U) и триггер 4 фиксирует единичную информацию (фиг. 3f) в начале фазы ожидания.

Создан опытный образец предлагаемого устройства, где генератор 2 выполнен на базе инвертора 561ЛН1 с кварцевым резонатором РГ-07, ключевые элементы 3, 8, 22 на полевых транзисторах 590КН8, КП302, 504НТ4В; в качестве триггеров 4, 20 использован триггер 561ТМ2, инверторов 5, 23 инвертор 561ЛН2, элементов задержки 6, 24 RC-цепочка, элементов И 7, 25 логические элементы 561ТЛ1, диодов 10, 14, 15, 21 диоды КД522, компараторов 11, 18, 19 - компаратор 554СА3, конденсаторов 16, 17 электролитические конденсаторы. Опытный образец испытывался в составе аппаратуры контроля биопотенциалов пациента при воздействии на него импульсов дефибриллятора. Испытания опытного образца подтвердили его работоспособность и ожидаемую эффективность.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет обеспечить безопасное электропитание цепи элементов приемной стороны без использования дополнительного источника питания, тем самым упростить устройство по сравнению с прототипом.

Формула изобретения

Устройство межприборной связи, содержащее на передающей стороне генератор тактовых импульсов, соединенный выходом с управляющим входом первого ключевого элемента, второй ключевой элемент, первый элемент И, первый элемент задержки и передающий трансформатор, соединенный одним выводом первичной обмотки с выходом первого ключевого элемента и через первый компаратор с информационным входом первого триггера, а на приемной стороне второй элемент задержки, третий ключевой элемент и приемный трансформатор, у которого первичная обмотка соединена с вторичной обмоткой передающего трансформатора, а один вывод вторичной обмотки соединен через второй компаратор с синхронизирующим входом второго триггера, информационный вход которого соединен с выходом третьего компаратора, причем информационные выходы первого и второго триггеров являются информационными выходами соответственно передающей и приемной сторон, отличающееся тем, что на передающей стороне устройства введены первый диод и первый инвертор, вход которого соединен с генератором тактовых импульсов и синхронизирующим входом первого триггера, а выход через первый элемент задержки, первый элемент И и через второй ключевой элемент с катодом первого диода, анод которого соединен с упомянутым выводом трансформатора, а на приемной стороне устройства введены три диода, два конденсатора, второй элемент И и второй инвертор, вход которого соединен с выходом второго компаратора, а выход через второй элемент задержки, элемент И и третий ключевой элемент с анодом второго диода, катод которого соединен с упомянутым выводом вторичной обмотки трансформатора, входом третьего компаратора и через третий и четвертый диоды соответственно с первым и вторым конденсаторами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2