用于信號傳輸和用于電流隔離的電路的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于第一和第二數字信號處理單元之間的信號傳輸和電流隔離的電路。而且，本發明涉及過程自動化技術的現場設備、以及用于第一和第二信號處理單元之間的信號傳輸和電流隔離的方法。
【背景技術】
[0002]現今，用于信號傳輸的例如是差分信號，諸如，例如所謂的LVDS信號。LVDS代表低壓差分信令。該類型的差分數據傳輸經由正和負信號線發生，其中，經由正信號線發送的是正信號，并且經由負信號線發送的是負信號。在這樣的情況下，負信號與正信號相等，但是具有相反極性。這種差分數據傳輸例如在Fairchild半導體公司的數據表單AN-5048中被記錄。
[0003]從歐洲專利EP 0811217 BI已知用于差分信號的接口的電隔離的電路。電容器被集成在其正和負信號線中。
[0004]除了電流隔離之外，在爆炸危險區域中感興趣的是履行用于避免爆炸或者用于使爆炸的后果盡可能小的保護措施。除了主要爆炸保護之外，在避免使用易燃材料的情況下，輔助爆炸保護涉及避免潛在著火源。而且，在例如使用抗爆炸構件的情況下，存在所謂的結構爆炸保護。例如已知點火保護類型本質安全(ignit1n protect1n type, intrinsicsafety)，其應用至電氣或電子裝置。在EN60079-11中限定還被已知為Ex I的這種點火保護類型。
[0005]而且，從美國專利申請US 20100054345 Al已知用于差分信號傳輸的電流隔離接
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[0006]另外，從過程自動化已知用于監測和/或控制工廠中的過程的現場設備。這些現場設備使用所謂的現場總線協議，例如，用于被測量值傳輸。這些現場總線協議之一是所謂的Pr ο f i bu s協議。例如所謂的Pr ο f i bu s DP現場總線的現場總線特別在爆炸危險環境中被使用。然后，必須設計與過程環境對應的現場設備的電子設備。在這樣的情況下，通常是在關于能量供應的主要電路和輔助電路中的隔離、以及可用能量的限制。在這樣的情況下，通常經由光學隔離器或者經由變壓器發生電流隔離。然而，由于Profibus協議可以發送達到12MBaud的頻率，要求相對昂貴的光學隔離器，或者這樣的光學隔離器不滿足點火保護類型之一的要求。

【發明內容】

[0007]從而，本發明的目標在于提供具有良好效率的成本有效信號傳輸、以及充分高的可實現數據速率。
[0008]該目標通過用于信號傳輸和電流隔離的電路，以及通過過程自動化技術的現場設備，以及通過用于信號傳輸和電流隔離的方法，根據本發明被實現。
[0009]關于電路，該目標通過用于在第一和第二數字數據處理單元之間的信號傳輸和電流隔離的電路被實現。
[0010]在這樣的情況下，在第一和第二信號處理單元之間提供第一信號路徑，其中，第一信號路徑具有第一部分，該第一部分包括正和負信號線。在這樣的情況下，具有其正和負信號線的第一信號路徑用于在第一和第二信號處理單元之間傳輸差分信號。在這樣的情況下，差分信號由經由正信號線發送的正信號和等于正信號線但是具有相反極性的負信號構成。
[0011]而且，在正信號線中提供至少一個電容器，并且在負信號線中提供至少一個電容器。在這樣的情況下，在正信號線或負信號線中的電容器用于在第一和第二信號處理單元之間的電流隔離。這些電容器在每種情況下都根據點火保護類型本質安全的規范被實施。在這樣的情況下，對應于點火保護類型本質安全來選擇被利用電容器的空氣中的爬電距離、或在保護層下的爬電距離。用于空氣中的爬電距離、在保護層下的爬電距離的對應值分別在標準EN60079-11中被闡述為電壓的函數。所要求的電容器構造的相對大形式使得可以保持爬電距離或電流分離的電流電路之間的空氣路徑，其中，該電流分離的電流電路包括例如第一和第二信號處理單元。
[0012]在所建議電路的實施例的形式中，在第一和第二信號處理單元之間的第一信號路徑中提供第二部分和第三部分。在這樣的情況下，在每種情況下，第二和第三部分用于在第一和第二信號處理單元之間發送非差分信號。在第二和第三部分之間布置第一部分。在這樣的情況下，通過非差分信號和差分信號，分段地進行在第一和第二信號處理單元之間的數據傳輸。從而，數字數據，優選地二進制數據，經由第二部分以非差分信號的形式被發送。然后，該數據經由第一部分作為差分信號被傳輸，并且最后，經由第三部分作為非差分信號被再次發送。
[0013]在所建議的電路的實施例的形式中，第二部分用于將從第一信號處理單元輸出的非差分信號發送到傳輸單元。傳輸單元用于將從第一信號處理單元發送的非差分信號轉換為差分信號，并且用于經由第一部分傳輸該差分信號。從而，在第一信號路徑的第二和第一部分之間布置該傳輸單元。
[0014]在所建議電路的實施例的附加形式中，提供接收單元，其用于接收由傳輸單元經由第一部分傳輸的差分信號，并且將其轉換為非差分信號。然后，非差分信號經由第三部分被發送到第二信號處理單元。從而，在第一信號路徑的第一部分和第三部分之間布置該接收單元。
[0015]在所建議電路的實施例的附加形式中，在第二和第一信號處理單元之間提供第二信號路徑。第二信號路徑具有第四部分，其用于在第二和第一信號處理單元之間傳輸差分信號。第二信號路徑的第四部分包括用于傳輸差分信號的正和負信號線。在這樣的情況下，在正信號線中提供至少一個電容器并且在負信號線中提供至少一個電容器，其中，電容器用于第二信號處理單元和第一信號處理單元之間的電流隔離。在每種情況下，根據點火保護類型本質安全的規范實施電容器。從而，第一信號路徑用于將信號從第一信號處理單元傳輸到第二信號處理單元，同時第二信號路徑用于將數據從第二信號處理單元傳輸到第一信號處理單元。
[0016]在所建議電路的實施例的附加形式中，在第二和第一信號處理單元之間的第二信號路徑中提供第五和第六部分。在每種情況下，第五和第六部分用于在第二和第一信號處理單元之間發送非差分信號，其中，在第五和第六部分之間布置第四部分。
[0017]在所建議電路的實施例的附加形式中，第五部分用于將由第二信號處理單元輸出的非差分信號發送到傳輸單元，同時在第二信號路徑中存在的傳輸單元用于將由第二信號處理單元輸出的非差分信號轉換為差分信號，并且經由第四部分發送該差分信號。從而，在第四和第五部分之間布置第二信號路徑中的傳輸單元。
[0018]在所建議電路的實施例的附加形式中，在第二信號路徑中提供接收單元，該接收單元用于經由第四部分接收由傳輸單元傳輸的差分信號，并且將其轉換為非差分信號。該非差分信號經由第六部分被發送到第一信號處理單元。從而，在第四部分和第六部分之間布置第二信號路徑中的接收單元。
[0019]在所建議電路的實施例的附加形式中，第一信號處理單元是現場設備的操作電子設備，特別是微型處理器。
[0020]在所建議電路的實施例的附加形式中，第二信號處理單元是用于經由現場總線通信，即數據傳輸的通信單元。這樣的電路使能在工廠中的爆炸危險區域中以高數據速率發送，特別是在9.6KBaud至12Baud的范圍，即，達到并且超過20Mbit (Mbit表示百萬位)。另夕卜，在經由現場總線的數據傳輸的情況下，為電流隔離的目的在現場設備中發生數據減少不是必須的。在用于從現有技術已知的數據傳輸的本質安全電路的實施例的形式的情況下，這是由于在這些爆炸危險區域中，所利用的光學構件通常不可能在數據傳輸中實現這樣的高數據速率。
[0021]在所建議電路的實施例的附加形式中，差分信號是所謂的LVDS(低壓差分信令)信號。
[0022]在所建議電路的實施例的附加形式中，第一信號路徑用于從第一信號處理單元向第二信號處理單元發送信號。
[0023]在所建議電路的實施例的附加形式中，第二信號路徑用于從第二信號處理單元向第一信號處理單元發送信號。從而，數據可以經由第一信號路徑從第一信號處理單元發送到第二信號處理單元。而且，數據可以經由第二信號路徑從第二信號處理單元發送到第一信號處理單元。從而，在第一和第二信號處理單元之間交換的數據存在于第一和第二信號路徑的不同部分中，首先，為非差分形狀，然后被轉換為