DE102013114135A1

DE102013114135A1 - Elektronische Schaltung zur Erzeugung eines ASK-Signals und Messsystem

Info

Publication number: DE102013114135A1
Application number: DE102013114135.8A
Authority: DE
Inventors: Stefan Pilz; Jörg Uhle; Sven Matthias Scheibe
Original assignee: Endress and Hauser Conducta Gesellschaft fuer Mess und Regeltechnik mbH and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Priority date: 2013-12-16
Filing date: 2013-12-16
Publication date: 2015-06-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltung (1) zur Erzeugung eines ASK-Signals, wobei das ASK-Signal zumindest ein Datensignal (data) umfasst, wobei das Datensignal (data) die zu übertragenden Daten wiedergibt, zwischen einer ersten Seite mit einer ersten Schnittstelle (23), und einer zweiten Seite mit einer, zur ersten Schnittstelle (23) korrespondierenden, zweiten Schnittstelle (24), wobei die erste Schnittstelle (23) und die zweite Schnittstelle (24) zum Übertragen der Daten und Energie ausgestaltet sind, und wobei die erste Schnittstelle 23() und die zweite Schnittstelle (24) als galvanisch getrennte, insbesondere als induktive, Schnittstellen ausgestaltet sind, wobei die Schaltung (1) zumindest umfasst: – eine Trägerquelle (3) zum Erzeugen eines Trägersignals, – eine Versorgungsspannung (VCC) zum Versorgen der Schaltung (1) mit Energie, – eine Lastschaltung (2) zum Umwandeln des Datensignals (data) in ein Nutzsignal, und – eine Zuführeinheit (4) zum Zusammenführen des Nutzsignals mit dem Trägersignal zu dem ASK-Signal mit einer Amplitude, wobei das Nutzsignal die Amplitude des ASK-Signals bestimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Lastschaltung (2) an die Versorgungsspannung (VCC) angeschlossen wird. Die Erfindung betrifft weiter ein Messsystem (20) umfassend eine solche elektronische Schaltung (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltung zur Erzeugung eines ASK-Signals. Die Erfindung betrifft weiter ein Messsystem umfassend eine solche elektronische Schaltung.
In der Prozessautomatisierung besteht ein Messsystem üblicherweise aus einer übergeordneten Einheit, beispielsweise einem Messumformer (auch Transmitter genannt), und einem Verbraucher, beispielsweise einem Sensor. Häufig werden Daten in Form eines Datensignals und zusätzlich Energie übertragen. Daten werden bidirektional, Energie in der Regel nur unidirektional von Messumformer zu Sensor übertragen. Alternativ ist die übergeordnete Einheit als Leitsystem ausgestaltet und der Sensor wird direkt an das Leitsystem angeschlossen.
Die zu übertragenden Daten müssen für die Übertragung in ein geeignetes Format gewandelt werden. Dazu wird ein sogenanntes Trägersignal durch das Datensignal verändert. Diesen Vorgang nennt man Modulation. Den entgegengesetzten Vorgang, also das Herausfiltern eines Datensignals aus einem Trägersignal, nennt man Demodulation.
Häufig erfolgt das Übertragen der Daten in digitaler Form. Die binäre Übertragung digitaler Signale erfolgt im einfachsten Falle dadurch, dass ein zweistufiges Rechtecksignal verwendet wird. Es kann in diesem Fall zwischen zwei Amplituden, Frequenzen oder Phasen umgeschaltet werden. Bei der Übertragung digitaler Signale spricht man statt von Modulation von Tastung, also beispielsweise von Amplitudentastung (ASK, engl. amplitude shift keying). Die vorliegende Erfindung behandelt diese Art der Modulation.
Derartige Formen der Datenübertragung sind beispielsweise für induktiv koppelnde Steckverbindungskupplung mit zumindest einer Primär- und Sekundärspule geeignet, wie sie von der Anmelderin unter der Bezeichnung „Memosens“ vertrieben werden. Neben Daten wird über die induktiven Schnittstellen auch Energie zur Versorgung des Sensors übertragen.
Bei Amplitudentastung wird die Modulation häufig durch eine Lastmodulation erreicht, 1 zeigt eine solche Schaltung 1.StdT. Dabei wird – gesteuert durch die Daten mittels eines Schaltmittels T – eine Impedanz, meist ein Widerstand R zur Schaltung 1.StdT zugeschaltet. Wird der Widerstand R zugeschaltet steigt die Leistungsaufnahme deutlich an, da neben der eigentlichen Schaltung auch der Widerstand R elektrische Leistung aufnimmt.
Selbstredend muss eine ausreichende Versorgung des Sensors garantiert werden. Gerade bei der angesprochenen Daten- und Energieübertragungsart mittels induktiven Schnittstellen kann dies hohen Aufwand erfordern, besonders bei Zweidrahtverbindungen und/oder unter Ex-Bedingungen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Leistungsaufnahme einer Schaltung bei der Amplitudenmodulation, insbesondere mittels Lastmodulation, zu verringern.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine elektronische Schaltung zur Erzeugung eines ASK Signals, wobei das ASK Signal zumindest ein Datensignal umfasst, wobei das Datensignal die zu übertragenden Daten wiedergibt; zwischen einer ersten Seite mit einer ersten Schnittstelle, und einer zweiten Seite mit einer, zur ersten Schnittstelle korrespondierenden, zweiten Schnittstelle, wobei die erste Schnittstelle und die zweite Schnittstelle zum Übertragen der Daten und Energie ausgestaltet sind, und wobei die erste Schnittstelle und die zweite Schnittstelle als galvanisch getrennte, insbesondere als induktive, Schnittstellen ausgestaltet sind, wobei die Schaltung zumindest umfasst: eine Trägerquelle zum Erzeugen eines Trägersignals; eine Versorgungsspannung zum Versorgen der Schaltung mit Energie; eine Lastschaltung zum Umwandeln des Datensignals in ein Nutzsignal; und eine Zuführeinheit zum Zusammenführen des Nutzsignals mit dem Trägersignal zu dem ASK Signal mit einer Amplitude, wobei das Nutzsignal die Amplitude des ASK Signals bestimmt. Die Schaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Lastschaltung an die Versorgungsspannung angeschlossen wird.
Eine zusätzliche Leistungsaufnahme wird somit vermieden und es kann – verglichen mit dem oben beschriebenem Stand der Technik – Energie gespart werden.
In einer ersten vorteilhaften Variante ist die Lastschaltung mit zumindest einem Schaltmittel und zumindest einer durch das Schaltmittel zuschaltbaren Impedanz ausgestaltet und das Datensignal gibt das Schalten des Schaltmittels vor, und die Impedanz umfasst einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss, wobei der erste Anschluss der Impedanz mit der Zuführeinheit verbunden ist.
In einer zweiten vorteilhaften Variante ist die Lastschaltung mit zumindest einem Schaltmittel und zumindest einer durch das Schaltmittel zuschaltbaren Impedanz ausgestaltet und das Datensignal gibt das Schalten des Schaltmittels vor, und die Impedanz umfasst einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss, wobei der erste Anschluss der Impedanz mit der ersten Schnittstelle verbunden ist.
In einer dritte vorteilhaften Variante ist die Lastschaltung mit zumindest einem Schaltmittel und zumindest einer durch das Schaltmittel zuschaltbaren Impedanz ausgestaltet und das Datensignal gibt das Schalten des Schaltmittels vor, und die Impedanz umfasst einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss, wobei der erste Anschluss der Impedanz mit der zweiten Schnittstelle verbunden ist.
Die Schaltung lässt also grundsätzlich zumindest drei Varianten des Zuschaltens der Last zu. Das gemeinsame Grundprinzip liegt darin, dass die Last jeweils an die Versorgungsspannung geschaltet wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung handelt es sich bei dem Schaltmittel um einen Bipolartransistor, insbesondere einen pnp-Transistor, mit einem Basis-Anschluss, einem Kollektor-Anschluss und einem Emitter-Anschluss, wobei der Emitter-Anschluss mit dem zweiten Anschluss der Impedanz verbunden ist, wobei der Kollektor-Anschluss mit der Versorgungsspannung verbunden ist, und wobei dem Basis-Anschluss das Datensignal zugeführt wird.
Als vorteilhafte Weiterbildung ist ein zweites Schaltmittel vorgesehen, wobei es sich bei dem zweiten Schaltmittel um einen Bipolartransistor, insbesondere einen npn-Transistor, mit einem Basis-Anschluss, einem Kollektor-Anschluss und einem Emitter-Anschluss handelt, wobei der Kollektor-Anschluss des zweiten Transistors mit dem Basis-Anschluss des ersten Transistors verbunden ist, wobei der Emitter-Anschluss des zweiten Transistors über zumindest eine zweite Impedanz, insbesondere einen Widerstand, mit Masse verbunden ist, und wobei dem Basis-Anschluss des zweiten Transistors das Datensignal zugeführt wird. Es kann somit eine höhere Einschaltgeschwindigkeit erreicht werden.
Damit eine höhere Abschaltgeschwindigkeit des ersten Schaltmittels erreicht werden kann, ist eine Beschleunigerschaltung vorgesehen, wobei die Beschleunigerschaltung zumindest ein weiteres Schaltmittel umfasst, wobei es sich bei dem weiteren Schaltmittel um einen Bipolartransistor, insbesondere einen pnp-Transistor, mit einem Basis-Anschluss, einem Kollektor-Anschluss und einem Emitter-Anschluss handelt, wobei der Emitter-Anschluss mit dem zweiten Anschluss der Impedanz verbunden ist, wobei der Kollektor-Anschluss mit dem Basis-Anschluss des ersten Transistors verbunden ist, und wobei dem Basis-Anschluss das Datensignal invertiert zugeführt werden.
Als vorteilhafte Weiterbildung umfasst die Beschleunigerschaltung ein zweites weiteres Schaltmittel, wobei es sich bei dem zweiten weiteren Schaltmittel um einen Bipolartransistor, insbesondere einen npn-Transistor, mit einem Basis-Anschluss, einem Kollektor-Anschluss und einem Emitter-Anschluss handelt, wobei der Kollektor-Anschluss des zweiten weiteren Transistors mit dem Basis-Anschluss des ersten weiteren Transistors verbunden ist, wobei der Emitter-Anschluss des zweiten weiteren Transistors über zumindest eine zweite weitere Impedanz, insbesondere einen Widerstand, mit Masse verbunden ist, und wobei dem Basis-Anschluss des zweiten weiteren Transistors das Datensignal invertiert zugeführt wird. Es kann somit eine höhere Einschaltgeschwindigkeit der Beschleunigerschaltung erreicht werden.
Als Alternative zu einem Bipolartransistor, handelt es sich bei dem Schaltmittel vorteilhafterweise um einen Feldeffekttransistor, insbesondere einen MOSFET, insbesondere einen n-Kanal MOSFET, mit einem Gate-Anschluss, einem Drain-Anschluss und einem Source-Anschluss, wobei der Drain-Anschluss mit dem zweiten Anschluss der Impedanz über eine Diode verbunden ist, wobei der Source-Anschluss mit der Versorgungsspannung verbunden ist, und wobei dem Gate-Anschluss das Datensignal über einen Gate-Kondensator zugeführt wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der der Gate-Anschluss zumindest über eine Diode mit der Versorgungsspannung verbunden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung handelt es sich bei der Zuführeinheit um eine Resonatorschaltung. Die Resonatorschaltung umfasst zumindest einen fremderregten Resonanzkreis, wobei der Resonanzkreist durch das Trägersignal zum Schwingen angeregt wird. Der fremderregte Resonanzkreis ist insbesondere ein Reihenschwingkreis, mit zumindest einer ersten Induktivität und einem Kondensator, wobei die erste Induktivität der ersten Schnittstelle entspricht; und ein Trägerschaltmittel, insbesondere einen Feldeffekttransistor, insbesondere einen MOSFET, mit einem Gate-Anschluss, einem Drain-Anschluss und einem Source-Anschluss. Der Kondensator ist geteilt ausgestaltet als erster Kondensator und zweiter Kondensator, und ein Schaltknoten verbindet den ersten Kondensator mit dem zweiten Kondensator, wobei der erste Kondensator gegen Masse geschaltet ist, wobei der zweite Kondensator den Schaltknoten zumindest über die erste Induktivität gegen Masse schaltet. Zumindest eine zweite Induktivität verbindet den Schaltknoten mit der Versorgungsspannung, wobei der Drain-Anschluss an den Schaltknoten geschaltet ist, wobei das Nutzsignal dem Schaltknoten zugeführt wird, und wobei dem Gate-Anschluss das Trägersignal zugeführt wird.
Die Aufgabe wird weiter gelöst durch ein Messgerät, umfassend eine vorstehend beschriebene elektronische Schaltung.
In einer Weiterbildung umfasst das Messgerät eine übergeordnete Einheit, insbesondere einen Transmitter, und einen Verbraucher, insbesondere einen Sensor, wobei die übergeordnete Einheit mit dem Verbraucher über die erste Schnittstelle und die zweite Schnittstelle verbunden ist, wobei die übergeordnete Einheit der ersten Seite entspricht, und wobei der Verbraucher der zweiten Seite entspricht.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näherer erläutert. Es zeigen
1 eine symbolische Darstellung einer Schaltung des Standes der Technik,
2 ein erfindungsgemäßes Messsystem,
3a eine symbolische Darstellung der erfindungsgemäßen Schaltung,
3b eine symbolische Darstellung der erfindungsgemäßen Schaltung in einer ersten Ausgestaltung,
3c eine symbolische Darstellung der erfindungsgemäßen Schaltung in einer zweiten Ausgestaltung,
4a eine erste Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltung,
4b eine Variante der ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltung, und
5 eine zweite Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltung
In den Figuren sind gleiche Merkmale mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Zunächst soll auf ein erfindungsgemäßes Messgerät 20 eingegangen werden bei dem die erfindungsgemäße elektronische Schaltung 1 angewendet werden kann. Dies ist in 2 dargestellt. Über eine Schnittstelle 24 kommuniziert ein Verbraucher, etwa ein Sensor 22 mit einer übergeordneten Einheit, etwa direkt mit einem Leitsystem oder mit einem Transmitter 21. Ohne Einschränkung soll im Folgenden davon ausgegangen werden, dass der Sensor an einen Transmitter 21 angeschlossen ist. Am Transmitter 21 ist ein Kabel 25 vorgesehen, an dessen anderem Ende eine zur ersten Schnittstelle 24 komplementäre Schnittstelle 23 vorgesehen ist. Die Schnittstellen 23, 24 sind als galvanisch getrennte, insbesondere als induktive Schnittstellen ausgestaltet, die mittels einer mechanischen Steckverbindung miteinander koppelbar sind. Über die Schnittstellen 23, 24 werden Daten (bidirektional) und Energie (unidirektional, d.h. von Transmitter 21 zum Sensor 22) gesendet.
Die Übertragung der Daten erfolgt in digitaler Form. Im Beispiel erfolgt die binäre Übertragung dadurch, dass ein zweistufiges Rechtecksignal verwendet wird. Es wird zwischen zwei Amplituden umgeschaltet. Das zu übertragende Signal ist also ein amplitudenmoduliert, wie erwähnt spricht man bei digitalen Signalen dann von einer Amplitudentastung oder englisch amplitude shift keying, abgekürzt ASK. Das zu übertragende Signal ist also ein ASK-Signal.
Das Messgerät 20 wird überwiegend in der Prozessautomatisierung angewendet. Bei dem Sensor 22 handelt es sich deswegen etwa um einen pH-, Redoxpotential-, auch ISFET-, Temperatur-, Leitfähigkeit-, Druck-, Sauerstoff-, insbesondere gelöster Sauerstoff-, oder Kohlenstoffdioxidsensor; um einen ionenselektiven Sensor; um einen optischen Sensor, insbesondere einen Trübungssensor, einen Sensor zur optischen Bestimmung der Sauerstoffkonzentration, oder einen Sensor zur Bestimmung der Anzahl von Zellen und Zellstrukturen; um einen Sensor zur Überwachung bestimmter organischer oder metallischer Verbindungen; um einen Sensor zur Bestimmung einer Konzentration einer chemischen Substanz, beispielsweise eines bestimmten Elements oder einer bestimmten Verbindung; oder um einen Biosensor, z.B. einen Glukosesensor.
Die erfindungsgemäße elektronische Schaltung 1 befindet sich in einer ersten Ausgestaltung im Transmitter 21, bevorzugt aber im sensorseitigen Ende des Kabels 25. Grundsätzlich kann die Schaltung 1 auch im Sensor 22 verwendet werden; im Folgenden soll aber – wenn nicht anders beschrieben – davon ausgegangen werden, dass die Schaltung 1 transmitterseitig angewendet wird.
Die Schaltung 1 in seiner Gesamtheit hat das Bezugszeichen 1 und ist symbolisch in 3a dargestellt. Verglichen mit dem Stand der Technik (1) ist die Lastschaltung 2 nicht mehr gegen Masse, sondern gegen die Versorgungsspannung VCC geschaltet. Damit fließt der Laststrom bei der Modulation vom Lastknoten N über den Widerstand R und dient dann der Stromversorgung der Schaltung 1. Die zusätzliche Leistungsaufnahme (bei Zuschalten der Last) lässt sich damit gegenüber dem Stand der Technik senken. Versuche zeigten eine verminderte Leistungsaufnahme von bis zu 50 %. Mit der (in dieser Figur nicht näher bezeichneten) Diode kann sichergestellt werden, dass kein Laststrom aus der Schaltung heraus fließt.
Die Versorgungsspannung VCC wird etwa direkt von der übergeordneten Einheit, also in diesem Falle vom Transmitter 21 zur Verfügung gestellt.
Die Trägerquelle 3 liefert ein hochfrequentes Trägersignal. Die Trägerquelle 3 ist etwa der Digitalausgang eines Mikrocontrollers (nicht dargestellt, etwa im Transmitter 21). Die Trägerquelle 3 ist mit dem Lastknoten N verbunden. Auf dieses Trägersignal wird das Datensignal data aufmoduliert.
Weiter ist eine Zuführeinheit 4 mit dem Lastknoten N verbunden. Die erste Schnittstelle 23 ist als Teil der Zuführeinheit 4 realisiert, insbesondere ist die erste Schnittstelle 23 wie bereits angesprochen als Induktivität L realisiert. Die Zuführeinheit 4 führt die Lastschaltung 2 – und damit das Datensignal – mit der Trägerquelle 3 – und damit dem Trägersignal – am Lastknoten N zusammen. Die Zuführeinheit 4 ist als Resonatorschaltung ausgestaltet. Die Resonatorschaltung ist ein fremderregter Resonanzkreis, wobei der Resonanzkreist durch das Trägersignal zum Schwingen angeregt wird.
Die Resonatorschaltung im Beispiel in 3a ist als Reihenschwingkreis mit einer Kapazität und der bereits angesprochenen Induktivität L ausgestaltet. Die Kapazität ist als geteilte Kapazität mit den Kondensatoren CT1 und CT2 realisiert. Dabei ist die Kapazität CT1 vom Lastknoten N aus direkt mit Masse verbunden. Die Kapazität CT2 verbindet die Induktivität L mit Masse. Weitere Ausgestaltungen, etwa mit zusätzlichem Widerstand (vergleiche 4 und 5) sind denkbar.
Der Lastknoten N ist über eine weitere Induktivität LVCC mit der Versorgungsspannung verbunden. Es ergibt sich somit ein schwingfähiges System mit den Bauteilen LVCC, L, CT1, CT2 sowie der Trägerquelle 3. In dieser oder ähnlicher Form spricht man dann häufig von einem Klasse-E Verstärker.
Parallel zur Induktivität LVCC liegt die Lastschaltung 2 an. Die Lastschaltung 2 ist als Widerstand R mit einem Schaltmittel T realisiert. Das Schaltmittel T lässt sich durch die Daten data schalten. Somit wird das Datensignal auf das Trägersignal aufmoduliert.
Grundsätzlich ergeben sich verschiedenste Möglichkeiten die Last R zuzuschalten. In 3a ist dies am Schaltknoten N, also zwischen der geteilten Kapazität CT1 und CT2 realisiert. In einer Variante kann die Last R aber auch direkt an die erste Induktivität (vergleiche 3b) angeschossen werden. In einer dritten Variante erfolgt das Zuschalten der Last an die zweite Induktivität, d.h. an die zweite Schnittstelle 24, vergleiche dazu 3c. In dieser letztgenannten Variante befinden sich zumindest Teile der Schaltung 1 auf der Seite des Sensors 22. Insbesondere die Lastschaltung 2 (siehe unten) und/oder die Beschleunigerschaltung 3 (siehe unten) werden dann auf der Sensorseite platziert. In diesem Fall wird die Versorgungsspannung VCC nicht direkt aus dem Transmitter 21 geliefert, sondern wird über die Schnittstellen 23, 24, evtl. über gewisse Zusatzschaltungen wie Gleichrichter u.a., auf die Sensorseite transportiert und der Schaltung zur Verfügung gestellt.
4a zeigt eine erste konkrete Realisierung der elektronischen Schaltung 1.
Die Lastschaltung 2 besteht in diesem Beispiel im Wesentlichen aus der Last R, dem Transistor T1, dem Transistor T2, dem Widerstand R1 und der Kapazität C1.
Die Last R stellt einen Widerstand dar, im Allgemeinen ist aber eine Impedanz gemeint. Der Transistor T1 ist als Bipolartransistor, genauer als pnp-Transistor ausgestaltet. Der Transistor T2 ist als Bipolartransistor, genauer als npn-Transistor ausgestaltet.
Der Emitter-Anschluss des Transistors T1 ist mit der Last R verbunden. Der Kollektor-Anschluss des Transistors T1 ist mit der Versorgungsspannung VCC verbunden. Der Basis-Anschluss des Transistors T1 ist mit dem Kollektor-Anschluss des Transistors T2 verbunden. Der Emitter-Anschluss des Transistors T2 ist über den Widerstand R1 und der parallelen Kapazität C1 mit Masse verbunden. Der Widerstand R1 dient zum Einstellen eines entsprechenden Basisstroms des Transistors T2. Die Kapazität C1 beschleunigt die Einschaltphase des Durchsteuerns des Transistors T2 und damit auch des Transistors T1. Über dem Basis-Anschluss des Transistors T2 werden Daten, also das Datensignal data, zugeführt. Der Spannungspegel des Datensignals data ist dabei entweder 0 V oder VCC, d.h. das Datensignal hat den gleichen Spannungspegel wie die Versorgungsspannung. Grundsätzlich funktioniert die Schaltung 1 auch mit anderen Spannungspegeln, die Bauteile bzw. dessen Werte müssten entsprechend angepasst werden. Werden beispielsweise die Pegel in ihrer logischen Interpretation invertiert, muss ein entsprechender Inverter vorgeschaltet werden.
Die bereits angesprochene Diode zum Verhindern des Rückflusses des Laststromes in die Schaltung ist in dieser Variante mit Bipolartransistor wegen der inhärenten Diode des Transistors nicht nötig.
Eine Realisierung ohne den Transistor T2 ist denkbar, dann wird das Datensignal dem Basis-Anschluss des Transistors T1 direkt zugeführt. Eine Schaltung mit Transistor T2 hat aber den Vorteil, dass eine höhere Einschaltgeschwindigkeit erreicht werden kann. Dies ist nötig, damit die Schaltflanken des modulierten Signals steil genug sind und damit als Pegelwechsel erkannt werden.
Bei einer „digitalen 1“, also einem „high“ des Datensignals schält der Transistor T2 und im Takt des hochfrequenten Trägersignals der Trägerquelle 3 schält der Transistor T1, es fällt Spannung über der Last R ab und es fließt ein Strom durch die Last R. Dieser Strom fließt in die Schaltung 1 und dient der Versorgung der Schaltung 1. Durch diese zusätzliche Leistungsaufnahme bei einer Modulation lässt sich der gesamte Leistungsverbrauch der Schaltung 1 senken.
4b zeigt eine Variante des Schaltung 1 aus 4a. Damit eine noch höhere Abschaltgeschwindigkeit des Transistors T1 erreicht werden kann, ist eine Beschleunigerschaltung 5 vorgesehen. Die Beschleunigerschaltung 5 besteht im Wesentlichen aus Transistor TB1, dem Transistor TB2, dem Widerstand R2 und der Kapazität C2 Der Transistor TB1 ist als Bipolartransistor, genauer als pnp-Transistor ausgestaltet. Der Transistor TB2 ist als Bipolartransistor, genauer als npn-Transistor ausgestaltet.
Der Emitter-Anschluss des Transistors TB1 ist mit der Last R verbunden. Der Kollektor-Anschluss des Transistors TB1 ist mit dem Basis-Anschluss des Transistors T1 verbunden. Der Basis-Anschluss des Transistors TB1 ist mit dem Kollektor-Anschluss des Transistors TB2 verbunden. Der Emitter-Anschluss des Transistors TB2 ist über den Widerstand R2 und der parallelen Kapazität C2 mit Masse verbunden. Der Widerstand R2 dient zum Einstellen eines entsprechenden Basisstroms des Transistors TB2. Die Kapazität C2 beschleunigt die Einschaltphase des Durchsteuerns des Transistors TB2 und damit auch des Transistors TB. Über dem Basis-Anschluss des Transistors TB2 werden Daten, also das Datensignal, invertiert zugeführt.
5 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Lastschaltung 2. Dabei ist die Lastschaltung 2 mit einem unipolaren Transistor T1 realisiert. Der Transistor T1 ist ein selbstsperrender NMOS-Transistor. Alternativen als PMOS oder in einer selbstleitenden Ausführung sind mit kleinen Modifikationen der Schaltung denkbar.
Der Source-Anschluss des Transistors T1 ist mit der Versorgungsspannung VCC verbunden. Der Drain-Anschluss des Transistors T1 ist über eine Diode D1 (Kathode zeigt in Richtung Drain-Anschluss) und über die Last R mit dem Lastknoten N verbunden. Die Diode D1 verhindert einen ungewollten Stromfluss von VCC über die Body-Diode von T1 und R zum Lastknoten N. Diode D2, Kondensator C3 und Widerstand R3 bilden eine Bootstrapp-Schaltung zum Ansteuern des Gate-Anschlusses des Transistors T1. Das data-Signal wechselt zwischen 0 V und VCC. Wegen dem Bootstrapp-Effekt wechselt die Spannung am Gate von T1 dann entsprechen zwischen 0 V + VCC und VCC + VCC.
Bezugszeichenliste

1: Elektronische Schaltung
2: Lastschaltung
3: Trägerquelle
4: Zuführeinheit
5: Beschleunigerschaltung
20: Messsystem
21: Transmitter
22: Sensor
23: Schnittstelle
24: Schnittstelle
25: Kabel
data: Datensignal
D1: Diode
D2: Diode
L: Induktivität
N: Lastknoten
R: Last
R1: Widerstand
R2: Widerstand
R3: Widerstand
R4: Widerstand
C1: Kapazität
C2: Kapazität
C3: Kapazität
CT1: Kapazität
CT2: Kapazität
T1: Schaltmittel
T2: Schaltmittel
TB1: Schaltmittel
TB2: Schaltmittel
VCC: Versorgungsspannung

Claims

Elektronische Schaltung (1) zur Erzeugung eines ASK-Signals, wobei das ASK-Signal zumindest ein Datensignal (data) umfasst, wobei das Datensignal (data) die zu übertragenden Daten wiedergibt, zwischen einer ersten Seite mit einer ersten Schnittstelle (23), und einer zweiten Seite mit einer, zur ersten Schnittstelle (23) korrespondierenden, zweiten Schnittstelle (24), wobei die erste Schnittstelle (23) und die zweite Schnittstelle (24) zum Übertragen der Daten und Energie ausgestaltet sind, und wobei die erste Schnittstelle 23() und die zweite Schnittstelle (24) als galvanisch getrennte, insbesondere als induktive, Schnittstellen ausgestaltet sind, wobei die Schaltung (1) zumindest umfasst: – eine Trägerquelle (3) zum Erzeugen eines Trägersignals, – eine Versorgungsspannung (VCC) zum Versorgen der Schaltung (1) mit Energie, – eine Lastschaltung (2) zum Umwandeln des Datensignals (data) in ein Nutzsignal, und – eine Zuführeinheit (4) zum Zusammenführen des Nutzsignals mit dem Trägersignal zu dem ASK-Signal mit einer Amplitude, wobei das Nutzsignal die Amplitude des ASK-Signals bestimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Lastschaltung (2) an die Versorgungsspannung (VCC) angeschlossen wird.
Elektronische Schaltung (1) nach Anspruch 1, wobei die Lastschaltung (2) mit zumindest einem Schaltmittel (T1) und zumindest einer durch das Schaltmittel (T1) zuschaltbaren Impedanz (R) ausgestaltet ist und das Datensignal (data) das Schalten des Schaltmittels (T1) vorgibt, und wobei die Impedanz (R) einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss umfasst, wobei der erste Anschluss der Impedanz (R) mit der Zuführeinheit (4) verbunden ist.
Elektronische Schaltung (1) nach Anspruch 1, wobei die Lastschaltung (2) mit zumindest einem Schaltmittel (T1) und zumindest einer durch das Schaltmittel (T1) zuschaltbaren Impedanz (R) ausgestaltet ist und das Datensignal (data) das Schalten des Schaltmittels (T1) vorgibt, und wobei die Impedanz (R) einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss umfasst, wobei der erste Anschluss der Impedanz (R) mit der ersten Schnittstelle (23) verbunden ist.
Elektronische Schaltung (1) nach Anspruch 1, wobei die Lastschaltung (2) mit zumindest einem Schaltmittel (T1) und zumindest einer durch das Schaltmittel (T1) zuschaltbaren Impedanz (R) ausgestaltet ist und das Datensignal das Schalten des Schaltmittels (T1) vorgibt, und wobei die Impedanz (R) einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss umfasst, wobei der erste Anschluss der Impedanz (R) mit der zweiten Schnittstelle (24) verbunden ist.
Elektronische Schaltung (1) nach zumindest einem Ansprüche 2 bis 4, wobei es sich bei dem Schaltmittel (T1) um einen Bipolartransistor, insbesondere einen pnp-Transistor, mit einem Basis-Anschluss, einem Kollektor-Anschluss und einem Emitter-Anschluss handelt, wobei der Emitter-Anschluss mit dem zweiten Anschluss der Impedanz (R) verbunden ist, wobei der Kollektor-Anschluss mit der Versorgungsspannung (VCC) verbunden ist, und wobei dem Basis-Anschluss das Datensignal (data) zugeführt wird.
Elektronische Schaltung (1) nach Anspruch 5, wobei ein zweites Schaltmittel (T2) vorgesehen ist, wobei es sich bei dem zweiten Schaltmittel (T2) um einen Bipolartransistor, insbesondere einen npn-Transistor, mit einem Basis-Anschluss, einem Kollektor-Anschluss und einem Emitter-Anschluss handelt, wobei der Kollektor-Anschluss des zweiten Transistors mit dem Basis-Anschluss des ersten Transistors verbunden ist, wobei der Emitter-Anschluss des zweiten Transistors über zumindest eine zweite Impedanz (R1), insbesondere einen Widerstand, mit Masse verbunden ist, und wobei dem Basis-Anschluss des zweiten Transistors das Datensignal (data) zugeführt wird.
Elektronische Schaltung (1) nach Anspruch 5 oder 6, wobei eine Beschleunigerschaltung (5) vorgesehen ist, wobei die Beschleunigerschaltung (5) zumindest ein weiteres Schaltmittel (TB1) umfasst, wobei es sich bei dem weiteren Schaltmittel (TB1) um einen Bipolartransistor, insbesondere einen pnp-Transistor, mit einem Basis-Anschluss, einem Kollektor-Anschluss und einem Emitter-Anschluss handelt, wobei der Emitter-Anschluss mit dem zweiten Anschluss der Impedanz (R) verbunden ist, wobei der Kollektor-Anschluss mit dem Basis-Anschluss des ersten Transistors verbunden ist, und wobei dem Basis-Anschluss das Datensignal (data) invertiert zugeführt werden.
Elektronische Schaltung (1) nach Anspruch 7, wobei die Beschleunigerschaltung (5) ein zweites weiteres Schaltmittel (TB2) umfasst, wobei es sich bei dem zweiten weiteren Schaltmittel (TB2) um einen Bipolartransistor, insbesondere einen npn-Transistor, mit einem Basis-Anschluss, einem Kollektor-Anschluss und einem Emitter-Anschluss handelt, wobei der Kollektor-Anschluss des zweiten weiteren Transistors mit dem Basis-Anschluss des ersten weiteren Transistors verbunden ist, wobei der Emitter-Anschluss des zweiten weiteren Transistors über zumindest eine zweite weitere Impedanz (R2), insbesondere einen Widerstand, mit Masse verbunden ist, und wobei dem Basis-Anschluss des zweiten weiteren Transistors das Datensignal (data) invertiert zugeführt wird.
Elektronische Schaltung 1() nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei es sich bei dem Schaltmittel (T1) um einen Feldeffekttransistor, insbesondere einen MOSFET, insbesondere einen n-Kanal MOSFET, mit einem Gate-Anschluss, einem Drain-Anschluss und einem Source-Anschluss handelt, wobei der Drain-Anschluss mit dem zweiten Anschluss der Impedanz (R) über eine Diode (D1) verbunden ist, wobei der Source-Anschluss mit der Versorgungsspannung (VCC) verbunden ist, und wobei dem Gate-Anschluss das Datensignal (data) über einen Gate-Kondensator (C3) zugeführt wird.
Elektronische (1) Schaltung nach Anspruch 9, wobei der Gate-Anschluss zumindest über eine Diode (D2) mit der Versorgungsspannung (VCC) verbunden ist.
Elektronische Schaltung (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei es sich bei der Zuführeinheit (4) um eine Resonatorschaltung handelt und zumindest – einen fremderregten Resonanzkreis, insbesondere einen Reihenschwingkreis, mit zumindest einer ersten Induktivität (L) und einem Kondensator, wobei die erste Induktivität (L) der ersten Schnittstelle (23) entspricht, und – ein Trägerschaltmittel (3), insbesondere einen Feldeffekttransistor, insbesondere einen MOSFET, mit einem Gate-Anschluss, einem Drain-Anschluss und einem Source-Anschluss, umfasst, wobei der Kondensator geteilt ausgestaltet ist als erster Kondensator (CT1) und zweiter Kondensator (CT2), und ein Schaltknoten (N) den ersten Kondensator (CT1) mit dem zweiten Kondensator (CT2) verbindet, wobei der erste Kondensator (CT1) gegen Masse geschaltet ist, wobei der zweite Kondensator (CT2) den Schaltknoten (N) zumindest über die erste Induktivität (L) gegen Masse schaltet, wobei zumindest eine zweite Induktivität (LVCC) den Schaltknoten (N) mit der Versorgungsspannung (VCC) verbindet, wobei der Drain-Anschluss an den Schaltknoten (N) geschaltet ist, wobei das Nutzsignal dem Schaltknoten zugeführt wird, und wobei dem Gate-Anschluss das Trägersignal zugeführt wird.
Messgerät (20), umfassend eine elektronische Schaltung (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 11.
Messgerät (20) nach Anspruch 12, wobei das Messgerät (20) eine übergeordnete Einheit (21), insbesondere einen Transmitter, und einen Verbraucher (22), insbesondere einen Sensor, umfasst, wobei die übergeordnete Einheit (21) mit dem Verbraucher (22) über die erste Schnittstelle (23) und die zweite Schnittstelle (24) verbunden ist, wobei die übergeordnete Einheit (21) der ersten Seite entspricht, und wobei der Verbraucher (22) der zweiten Seite entspricht.