本發(fā)明涉及一種多功能輸入/輸出裝置，下文中稱為I/O裝置，該裝置具有電子電路和具有兩個接頭的連接端子。

背景技術(shù)：
從現(xiàn)有技術(shù)已知I/O裝置，利用三個不同的連接端子，這種I/O裝置能夠?qū)嵤┫铝腥N功能：第一，切換或控制連接的外部驅(qū)動負(fù)載；第二，檢測在第二連接端子上無源輸入信號的存在；和第三，檢測在第三連接端子上有源輸入信號的存在。這意味著，為了實施這三種不同的功能，一個輸出功能和兩個輸入功能，因此在電路板上需要帶有總共五個接頭的三個連接端子。因此導(dǎo)致電路板上的大空間要求，這進(jìn)而導(dǎo)致在電路板上的I/O裝置的構(gòu)造方面增加的成本并且因此隨后也導(dǎo)致較高的存貨成本。因此，期望的是，將在電路板上構(gòu)造I/O裝置所需的空間保持盡可能小。此外，已知I/O裝置，在具有三個接頭的兩個連接端子處，I/O裝置能夠在第一連接端子處檢測作為有源輸入信號的直流電壓信號(DC)或交流電壓信號(AC)并且在第二連接端子處檢測無源輸入信號。然而，能夠僅在小電壓范圍內(nèi)檢測到這些有源或無源輸入信號，這是現(xiàn)有技術(shù)的缺點。本發(fā)明的目的是在電路板上提供需要盡可能小的空間的多功能I/O裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
該目的由多功能I/O裝置實現(xiàn)，該裝置包括：帶兩個接頭的一個連接端子；和電子電路，該電子電路借助于多個可設(shè)定的操作狀態(tài)檢測施加在連接端子的兩個接頭上的有源輸入信號或無源輸入信號或控制/切換外部驅(qū)動負(fù)載；其中，電子電路包括：至少一個開關(guān)元件，該至少一個開關(guān)元件利用邏輯單元的第一控制信號可操作，使得它短路或隔離連接端子的兩個接頭；信號發(fā)生器，該信號發(fā)生器利用邏輯單元的第二控制信號可操作，使得在連接端子的兩個接頭上存在有源輸入信號的情況下，該信號發(fā)生器產(chǎn)生狀態(tài)信號并且將該狀態(tài)信號轉(zhuǎn)發(fā)至邏輯單元；能量源，該能量源利用邏輯單元的第三控制信號操作，使得在連接端子的兩個接頭上存在無源輸入信號的情況下，該能量源提供信號發(fā)生器的操作所需的能量；保護(hù)裝置，該保護(hù)裝置連接在信號發(fā)生器和能量源之間；和邏輯單元，該邏輯單元根據(jù)電子電路的相應(yīng)設(shè)置的操作狀態(tài)在第一操作狀態(tài)、第二操作狀態(tài)和第三操作狀態(tài)之間進(jìn)行區(qū)分，并且借助于第一控制信號、第二控制信號和第三控制信號，該邏輯單元根據(jù)設(shè)置的操作狀態(tài)來啟用開關(guān)元件、信號發(fā)生器和能量源。根據(jù)本發(fā)明，對在電路板上的多功能I/O裝置的空間要求因此特別降低，因為多功能I/O裝置僅由包括兩個接頭的一個連接端子構(gòu)成，并且多功能I/O裝置知曉或能夠?qū)嵤┤N不同的操作狀態(tài)，其中，各個操作狀態(tài)中的每一種具有特殊功能。利用多功能I/O裝置實施的第一操作狀態(tài)并且因此實現(xiàn)第一功能用以根據(jù)需要控制或切換連接到連接端子的接頭的外部驅(qū)動負(fù)載。利用多功能I/O裝置實施的第二操作狀態(tài)并且因此實現(xiàn)第二功能用以檢測在連接端子的接頭上有源輸入信號的存在與否。利用多功能I/O裝置實施的第三操作狀態(tài)并且因此實現(xiàn)第三功能用以檢測在連接端子的接頭上無源輸入信號的存在與否。為了實施這些不同的操作狀態(tài)或不同的功能，開關(guān)元件、能量源和信號發(fā)生器被配置成對應(yīng)于邏輯單元的相應(yīng)的操作狀態(tài)。這提供的優(yōu)點是，代替需要獨立的連接端子用于實施每一種操作狀態(tài)或每一個功能，能夠使用單個連接端子(由兩個接頭構(gòu)成)用于不同的功能，并且與之相關(guān)聯(lián)地，對在電路板上構(gòu)造這樣的多功能I/O裝置的空間要求能夠最小化。本發(fā)明的裝置的有利的實施例設(shè)有整流器裝置，在存在作為無源輸入信號或有源輸入信號的交流電壓的情況下，該整流器裝置對施加的無源輸入信號或有源輸入信號整流并且將整流的無源輸入信號或有源輸入信號供應(yīng)至下游信號發(fā)生器。這樣設(shè)置的優(yōu)點是，通過引入整流器裝置，可以檢測連接端子的接頭上的直流信號以及還有交流電壓信號。根據(jù)本發(fā)明的裝置的有利的實施例，在第一操作狀態(tài)下，信號發(fā)生器和能量源被停用，并且邏輯單元根據(jù)需要切換開關(guān)元件，以控制連接在連接端子的兩個接頭之間的外部驅(qū)動負(fù)載。根據(jù)本發(fā)明的裝置的另一個有利的實施例，在第二操作狀態(tài)下，開關(guān)元件和能量源被停用，并且信號發(fā)生器被啟用，以檢測在連接端子的兩個接頭之間的有源輸入信號以及借助于信號發(fā)生器產(chǎn)生狀態(tài)信號并且將該狀態(tài)信號供應(yīng)至邏輯單元。根據(jù)本發(fā)明的裝置的附加實施例，在第三操作狀態(tài)下，開關(guān)元件被停用，并且信號發(fā)生器和能量源被啟用，以檢測在連接端子的兩個接頭之間的無源輸入信號以及借助于信號發(fā)生器產(chǎn)生狀態(tài)信號并且將該狀態(tài)信號供應(yīng)至邏輯單元。根據(jù)另一個實施例，本發(fā)明的裝置被實施使得在具有整流器裝置、信號發(fā)生器和保護(hù)裝置的電路支路中，在該電路支路中哈設(shè)有電流限制元件以限制和/或控制電流。這提供的優(yōu)點是，借助于電流限制元件，電流并且因此來自有源輸入信號并且到達(dá)信號發(fā)生器的能量是受限的。以這種方式，能夠在寬電壓范圍內(nèi)檢測到有源輸入信號，且無信號發(fā)生器過載并且在給定情況下由于過高的能量消耗而損壞的危險。在本發(fā)明的裝置的實施例的附加形式中，開關(guān)元件和相關(guān)聯(lián)的第一控制信號被冗余地實施。這提供優(yōu)點，通過開關(guān)元件的和相關(guān)聯(lián)的第一控制信號的冗余或加倍，多功能I/O裝置滿足SIL標(biāo)準(zhǔn)(安全完整性等級)的安全要求，這在過程自動化中是重要的。在最后的實施例中，本發(fā)明的裝置被實施使得第一控制信號、第二控制信號、第三控制信號和狀態(tài)信號利用伽伐尼隔離(galvanicisolation)而被隔離。這提供優(yōu)點，因為伽伐尼隔離，多功能I/O裝置還能夠被應(yīng)用于有爆炸危險的區(qū)域，諸如，例如防爆區(qū)域Ⅱ。附圖說明現(xiàn)在將基于附圖更詳細(xì)地解釋本發(fā)明，附圖示出如下：圖1為從現(xiàn)有技術(shù)已知的常規(guī)I/O裝置的框圖，圖2為本發(fā)明的多功能I/O裝置的實施例的框圖，圖3為...