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Diese
Erfindung bezieht sich auf konfigurierbare Kommunikationsmodule
und Verfahren zur Herstellung derselben.
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Übertragungskabel
können
verwendet werden, um Daten zwischen Arbeitsplatzrechnern, Mainframe-Rechnern
und weiteren Computern zu übertragen,
sowie dazu, Datenverbindungen zu Massenspeichervorrichtungen und
weiteren Peripheriegeräten
bereitzustellen. Daten können
unter Verwendung einer Vielzahl an Übertragungskabeltechnologien übertragen
werden, einschließlich
unter Verwendung von Mehrmoden-Lichtwellenleiter-Kabeln, Einmoden-Lichtwellenleiter-Kabeln
und Kupferkabeln (z. B. Zweiaxial- und Koaxial-Kupferkabeln). Standardkommunikationsmodule
wurden zum Übergang
zwischen unterschiedlichen Übertragungsmedien
und den Elektronikkomponenten im Inneren eines Computers oder Peripheriegeräts entwickelt.
Unter den üblichen Kommunikationsmodulen
befinden sich Sendermodule, Empfängermodule
und Sende/Empfangsgerät-Module.
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Ein
Kommunikationsmodul erzeugt eine standardisierte Ausgabe an das
Host-System gemäß vorgeschriebenen
Protokollen unabhängig
von dem Medium (z. B. Lichtwellenleiter bzw. optische Faser oder
Kupfer), durch das die Daten gesendet oder empfangen werden. Ein
optoelektronisches Sende/Empfangsgerät-Modul ermöglicht z. B. eine bidirektionale
Datenübertragung
zwischen einer elektrischen Schnittstelle und einer optischen Datenverbindung.
Ein Kupfer-Sende/Empfangsgerät-Modul
andererseits ermöglicht
eine bidirektionale Datenübertragung
zwischen zwei elektrischen Vorrichtungen.
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Ein
Kommunikationsmodul ist üblicherweise in
ein Gehäuse
bzw. einen Käfig
eingesteckt, das bzw. der sich aus einer Rückwand einer Host-Vorrichtung
(z. B. eines Computers oder eines Peripheriegeräts) heraus erstreckt. Das Gehäuse verbindet
das Sende/Empfangsgerät-Modul
mit einer Hauptplatine oder Schaltungskarte in dem Computer oder
Peripheriegerät.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kommunikationsmodul
oder ein Verfahren zum Herstellen eines Kommunikationsmoduls mit verbesserten
Charakteristika zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Kommunikationsmodul gemäß Anspruch 1 oder 15 oder ein
Verfahren gemäß Anspruch
18 gelöst.
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Die
Erfindung stellt konfigurierbare Kommunikationsmodule und Verfahren
zur Herstellung derselben bereit.
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Bei
einem Aspekt der Erfindung umfaßt
ein Kommunikationsmodul einen Datenkanal und eine Abschlußimpedanzsteuerung.
Der Datenkanal ist wirksam bzw. betreibbar, um Datensignale in zumindest
einer Richtung zwischen einer Übertragungskabelschnittstelle
und einer Host-Vorrichtungsschnittstelle umzusetzen. Der Datenkanal
weist eine variabel konfigurierbare Abschlußimpedanz an einem Host-Vorrichtungsknoten
auf, der mit einer Host-Vorrichtung verbindbar ist. Die Abschlußimpedanzsteuerung
ist wirksam, um die variabel konfigurierbare Abschlußimpedanz
des Datenkanals einzustellen.
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Bei
einem Aspekt der Erfindung umfaßt
ein Kommunikationsmodul einen Empfängerdatenkanal, einen Senderdatenkanal,
eine Abschlußimpedanzsteuerung
und ein Gehäuse.
Der Empfängerdatenkanal
ist wirksam, um Datensignale von einer Übertragungskabelschnittstelle
an eine Host-Vorrichtungsschnittstelle umzusetzen. Der Senderdatenkanal
ist wirksam, um Datensignale von der Host-Vorrichtungsschnittstelle
zu der Übertragungskabelschnittstelle
umzusetzen. Sowohl der Emp fängerdatenkanal
als auch der Senderdatenkanal weisen eine jeweilige variabel konfigurierbare
Abschlußimpedanz an
einem jeweiligen Host-Vorrichtungsknoten auf, der mit der Host-Vorrichtung
verbindbar ist. Die Abschlußimpedanzsteuerung
ist wirksam, um die jeweilige variabel konfigurierbare Abschlußimpedanz
von sowohl dem Empfängerdatenkanal
als auch dem Senderdatenkanal einzustellen. Das Gehäuse enthält den Empfängerdatenkanal,
den Senderdatenkanal und die Abschlußimpedanzsteuerung. Das Gehäuse weist
ein Übertragungskabelschnittstellenende,
das mit einem Übertragungskabel
verbindbar ist, und ein Host-Vorrichtungsschnittstellenende auf,
das mit einer Host-Vorrichtung verbindbar ist.
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Bei
einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung
eines Kommunikationsmoduls bereit. Gemäß diesem erfindungsgemäßen Verfahren
wird ein Datenkanal erhalten. Der Datenkanal ist wirksam, um Datensignale
in zumindest einer Richtung zwischen einer Übertragungskabelschnittstelle
und einer Host-Vorrichtungsschnittstelle umzusetzen. Der Datenkanal
weist eine variabel konfigurierbare Abschlußimpedanz an einem Host-Vorrichtungsknoten
auf, der mit einer Host-Vorrichtung verbindbar ist. Der Datenkanal
ist in einem Gehäuse
befestigt, das ein erstes Ende, das mit einem Übertragungskabel verbindbar
ist, und ein zweites Ende aufweist, das mit einer Host-Vorrichtung verbindbar
ist. Die variabel konfigurierbare Abschlußimpedanz des Datenkanals ist
auf einen Abschlußimpedanzwert
eingestellt, der im wesentlichen mit einem Ziel-Host-Vorrichtungsabschlußimpedanzwert übereinstimmt.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf
die beigefügten
Zeichnungen näher
erläutert,
wobei in der folgenden Beschreibung gleiche Bezugszeichen verwendet
werden, um gleiche Elemente zu identifizieren, wobei die Zeichnungen
Hauptmerkmale exemplarischer Ausführungsbeispiele auf eine schematische
Art und Weise darstellen sollen, und wobei die Zeichnungen weder
jedes Merkmal tatsächlicher
Ausführungsbeispiele
noch relative Abmessungen der dargestellten Elemente darstellen sollen
und nicht maßstabsgetreu
sind. Es zeigen:
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1 ein Blockdiagramm eines
Ausführungsbeispiels
eines Kommunikationsmoduls;
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2 ein Schaltungsdiagramm
eines Ausführungsbeispiels
einer Ausgangsstufe des Datenkanals in dem Kommunikationsmodul-Ausführungsbeispiel
aus 1, das eine Schaltung
mit variablem Widerstandswert umfaßt;
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3A ein Schaltungsdiagramm
einer Implementierung der Schaltung mit variablem Widerstandswert
aus 2;
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3B ein Schaltungsdiagramm
einer Implementierung der Schaltung mit variablem Widerstandswert
aus 2;
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4 ein Blockdiagramm einer
Implementierung eines optischen Sende/Empfangsgeräts des Kommunikationsmoduls
aus 1; und
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5 ein Flußdiagramm
eines Ausführungsbeispiels
eines Verfahrens zum Herstellen eines Kommunikationsmoduls.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel
eines Kommunikationsmoduls 10, das ein Modulgehäuse 12 umfaßt, das
einen Datenkanal 14 und eine Abschlußimpedanzsteuerung 16 enthält. Bei
einer typischen Implementierung sind der Datenkanal 14 und die
Abschlußimpedanzsteuerung 16 auf
einem gemeinsamen Substrat (z. B. einer gedruckten Schaltungsplatine)
befestigt.
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Das
Modulgehäuse 12 ist
konfiguriert, um physisch mit einem Übertragungskabel 18 und
einer Host-Vorrichtung 20 verbunden zu sein. Im allgemeinen
kann das Übertragungskabel 18 jede
Art optischen oder elektrischen Kommunikationskabels sein und die
Host-Vorrichtung 20 kann jede Art von Vorrichtung (z. B.
ein Computer oder eine Peripheriegerät-Elektronikvorrichtung) sein.
Bei einigen Implementierungen umfaßt das Übertragungskabel 18 einen
Verbinder, der in einen Medienverbinder des Modulgehäuses 12 einsteckbar
ist. Der Medienverbinder des Modulgehäuses 12 kann jede
optische oder elektrische Hochleistungs-Seriell-Übertragungsmedientechnologie
unterstützen.
In dem Fall elektrischer Übertragungsmedien
kann der Medienverbinder z. B. ein elektrischer DB-9-Verbinder, ein RJ45-Aufnahmeelement
oder ein elektrischer HSSDC-Verbinder sein. In dem Fall optischer Übertragungsmedien
kann der Medienverbinder z. B. ein Einfachverbinder(SC-) Duplex-Medienverbinder,
ein LC-Verbinder oder ein MTP/MPO-Verbinder sein. Bei einigen Ausführungsbeispielen
ist das Modulgehäuse 12 in
ein zusammenpassendes Aufnahmeelement der Host-Vorrichtung 20 einsteckbar.
Das Modulgehäuse
kann bei diesen Ausführungsbeispielen
gemäß einem
beliebigen Einsteckbar-Kommunikationsmodulstandard implementiert
sein, einschließlich dem
Gigabit-Schnittstellenwandler- (GBIC-; GBIC = Giga-Bit Interface
Converter) Standard, dem Kleinform-Einsteckbar- (SFP-; SFP = small
form pluggable) Standard und dem Kleinformfaktor- (SFF-; SFF = small
form factor) Standard.
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Der
Datenkanal 14 setzt Datensignale in zumindest einer Richtung
zwischen einer Schnittstelle 22 eines Übertragungskabels 18 und
einer Schnittstelle 24 einer Host-Vorrichtung 20 um. Im allgemeinen
ist der Datenkanal 14 konfiguriert, um Datensignale von
einem ersten seriellen Übertragungsmedium
mit einem zweiten seriellen Übertragungsmedium zu
verbinden und/oder zu demselben umzusetzen (zu wandeln). In 1 ist der Datenkanal 14 gezeigt, um
nur einen einzelnen (Empfänger-)
Schnittstellenumsetzungskanal aufzuweisen. Abhängig von der bestimmten Implementierung
jedoch kann der Datenkanal 14 eine bidirektionale oder
unidirektionale Einkanal- oder Mehrkanal-Übertragung von Daten zwischen
dem ersten und dem zweiten Übertragungsmedi um
bereitstellen. Bei einer bidirektionalen optischen Sende/Empfangsgerät-Implementierung
z. B. liefert der Datenkanal 14 eine bidirektionale Datenübertragung
zwischen einer elektrischen Schnittstelle in der Host-Vorrichtung 20 und
einer optischen Datenverbindung in dem Übertragungskabel 18.
Der Schnittstellenumsetzungskanal kann ein Differential-Datenumsetzungskanal,
wie in 1 gezeigt ist, oder
ein einendiger Datenumsetzungskanal sein.
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Die Übertragungskabelschnittstelle 22 ist durch
eine charakteristische Impedanz 26 gekennzeichnet und die
Host-Vorrichtungsschnittstelle 24 ist durch
eine charakteristische Impedanz 28 gekennzeichnet. Ähnlich weist
der Datenkanal 14 eine Abschlußimpedanz 30 an einem
Kabelknoten 32 und eine Abschlußimpedanz 34 an einem
Host-Vorrichtungsknoten 36 auf. Für Hochgeschwindigkeits-Datenübertragungsanwendungen
sind die Kabel- und die Datenkanal-Abschlußimpedanz 26, 30 an
dem Knoten 32 vorzugsweise abgestimmt, um Reflexionen und
weitere Verluste zu reduzieren. Ähnlich
sind vorzugsweise die Host-Vorrichtungs- und die Datenkanal-Abschlußimpedanz 28, 34 an
dem Knoten 36 abgestimmt, um Reflexionen und weitere Verluste
zu reduzieren. In 1 wird
jede der Abschlußimpedanzen 26, 28, 30, 34 durch
ein einzelnes Widerstandselement dargestellt. Im allgemeinen kann
jedes Element des Datenkanals 14, der Übertragungskabelschnittstelle 22 und
der Host-Vorrichtungsschnittstelle 24 eines oder mehrere
Elemente umfassen, die einen äquivalenten
Impedanzwert aufweisen, entsprechend den Werten der Abschlußimpedanzen 26, 28, 30, 34.
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Um
Host-Vorrichtungen unterzubringen, die Host-Vorrichtungsschnittstellen 24 mit
unterschiedlichen jeweiligen Abschlußimpedanzen 28 aufweisen, ist
die Abschlußimpedanz
des Datenkanals 14 variabel konfigurierbar. Eine Vorläufer-GBIC-Host-Schnittstelle
z. B. weist eine 75 Ohm- (150 Ohm-Differential-) Abschlußimpedanz
auf, wohingegen eine Kleinform-Eisteckbar-Host-Schnittstelle eine
50 Ohm- (100 Ohm-Differential-)
Abschlußimpedanz
aufweist. Wie unten detail lierter erklärt ist, ist die Abschlußimpedanzsteuerung 16 wirksam,
um die variabel konfigurierbare Abschlußimpedanz 34 des Datenkanals 14 auf
einen Impedanzwert einzustellen, der im wesentlichen mit einem Zielabschlußimpedanzwert
einer Ziel-Host-Vorrichtungsschnittstelle übereinstimmt.
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Bezug
nehmend auf 2 umfaßt bei einigen
Ausführungsbeispielen
der Datenkanal 14 einen Differenzverstärker 40, der mit dem
Host-Vorrichtungsknoten 36 verbunden ist. Der Differenzverstärker 40 umfaßt ein paar
Eingangstransistoren 42, 44, deren Gates mit einem
Signal VIN+ bzw. VIN– verbunden
ist, und deren Sources mit einer gemeinsamen Vorspannungsstromquelle 46 verbunden
sind. Die Drains der Transistoren 42, 44 sind
durch jeweilige Schaltungen mit variablem Widerstandswert 48, 50 mit
einer Drain-Spannungsschiene VDD verbunden. Die
Differential-Ausgangssignale Vour+ und Vour–,
die an den Drains der Transistoren 42, 44 erzeugt
werden, werden zu dem Host-Vorrichtungsknoten 36 geliefert.
Die Impedanzwerte der Widerstandswertschaltungen 48, 50 bestimmen
die Abschlußimpedanz
des Datenkanals 14 an dem Knoten 36. Diese Impedanzen
werden durch die Abschlußimpedanzsteuerung 16 eingestellt.
Bei den meisten Anwendungen sind die Impedanzwerte der Widerstandswertschaltungen 48, 50 im
wesentlichen gleich eingestellt. Bei einigen Anwendungen jedoch
können die
Widerstandswertschaltungen 48, 50 eingestellt sein,
um unterschiedliche Impedanzwerte aufzuweisen.
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Bezug
nehmend auf die 3A und 3B können im allgemeinen Widerstandswertschaltungen 48, 50 durch
eines oder mehrere Schaltungselemente implementiert sein, die kooperativ
eine variabel konfigurierbare Abschlußimpedanz bereitstellen, die durch
die Abschlußimpedanzsteuerung 16 auf
jeden mehrerer unterschiedlicher Zielimpedanzwerte eingestellt werden
kann. 3A zeigt ein Ausführungsbeispiel,
bei dem jede der Widerstandswertschaltungen 48, 50 durch
einen Feldeffekttransistor 52 implementiert ist, der einen
spannungsgesteuerten Widerstandswert aufweist. Für kleine Drain- Source-Spannungen
mit einer beliebigen Polarität
nimmt der Widerstandswert des Transistors 52 mit erhöhter angelegter
Gate-Source-Vorspannung (VCNTL) ab. 3A zeigt ein Ausführungsbeispiel,
bei dem jede der Widerstandswertschaltungen 48, 50 durch
einen Widerstand 54 implementiert ist, der parallel zu
einem Schalter 56 und einem Widerstand 58 geschaltet
ist, die in Serie geschaltet sind. Bei einigen Ausführungsbeispielen
ist der Schalter 56 durch einen Transistor implementiert,
wobei in diesem Fall die Abschlußimpedanzsteuerung 16 den
Schalter mit dem elektrischen Steuersignal VCNTL öffnet und
schließt.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen
ist der Schalter 56 durch einen mechanischen Schalter implementiert, wobei
in diesem Fall die Abschlußimpedanzsteuerung 16 ein
betätigbares
Element umfaßt,
das eine manuelle Steuerung des mechanischen Schaltens ermöglicht.
Wenn der Schalter 56 offen ist, entspricht der effektive
Widerstandswert jeder Widerstandswertschaltung 48, 50 dem
Widerstandswert des Widerstands 54. Wenn der Schalter 56 geschlossen
ist, entspricht der effektive Widerstandswert jeder Widerstandswertschaltung 48, 50 dem
effektiven Widerstandswert des Widerstands 54 parallel
zu dem kombinierten Widerstandswert des Transistors 56 und des
Transistors 58. Bei weiteren Ausführungsbeispielen können die
Widerstandswertschaltungen 48, 50 auf unterschiedliche
Weisen implementiert sein.
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4 zeigt ein exemplarisches
Ausführungsbeispiel
eines Kommunikationsmoduls 10, das in der Form eines optischen
GBIC-Sende/Empfangsgerät-Moduls 60 implementiert
ist. Das Sende/Empfangsgerät-Modul 60 umfaßt einen
elektrischen Verbinder 62 zum Verbinden des Moduls 60 mit
einer Host-Vorrichtungsschnittstelle 24 und
einen optischen Verbinder 64 zum Verbinden des Moduls 60 mit
einer Übertragungskabelschnittstelle 22.
Ein optisches Sende/Empfangsgerät 66 ist
mit einer Verstärker-
und Signalverlust- (LOS-) Detektorschaltung 68 verbunden.
Ein optischer Sender 70 ist mit einer Lasertreiber- und
Leistungssteuerschaltung 72 gekoppelt. Eine Empfängerabschlußschaltung 74 wandelt die
Signa le, die aus der Verstärker-
und LOS-Detektorschaltung 68 ausgegeben werden, in Empfangsdaten
und Empfangs-LOS-Signale 76 um
und eine Treiberschaltung 78 überträgt Übertragungsdaten und weitere
Signale an die Lasertreiber- und Leistungssteuerschaltung 72.
Eine Leistungsverwaltungs- und Stromstoßsteuerschaltung 82 liefert
eine Leistung an die Schaltungen des Sende/Empfangsgerät-Moduls 60 und
schützt
vor Leistungsstößen. Eine
Moduldefinitions- (MOD DEF-) und Abschlußimpedanzsteuerung 84 erzeugt
einen Satz Standardmoduldefinitionssignale 86 und erzeugt
Steuersignale (VCNTL) zum Einstellen der
variabel konfigurierbaren Abschlußimpedanzen des Sender- und
des Empfänger-Datenkanals.
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Im
allgemeinen ist die Moduldefinitions- und Abschlußimpedanzsteuerung 84 auf
keine bestimmte Hardware- oder Softwarekonfiguration eingeschränkt, sondern
kann vielmehr in jeder Rechen- oder Verarbeitungsumgebung implementiert
sein, einschließlich
in einem digitalen Elektronikschaltungsaufbau oder in Computerhardware,
-Firmware oder -Software. Bei einer exemplarischen Implementierung
ist die Moduldefinitions- und Abschlußimpedanzsteuerung 84 durch
ein programmierbares EEPROM-Steuermodul in Firmware implementiert.
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Bezug
nehmend auf 5 kann das
Kommunikationsmodul 10 bei einigen Ausführungsbeispielen wie folgt
hergestellt werden. Eine Kommunikationsschaltung wird erhalten (Schritt 90).
Die Kommunikationsschaltung beinhaltet einen unidirektionalen oder
bidirektionalen Datenkanal, der eine variabel konfigurierbare Abschlußimpedanz
umfaßt.
Die Kommunikationsschaltung beinhaltet außerdem eine Abschlußimpedanzsteuerung.
Bei einigen Implementierungen sind der Datenkanal und die Abschlußimpedanzsteuerung
auf dem Substrat einer gemeinsamen gedruckten Schaltungsplatine
befestigt. Ein Kommunikationsmodul wird durch ein Befestigen der Kommunikationsschaltung
in einem Gehäuse
gebildet, das ein erstes Ende, das mit einem Übertragungskabel verbindbar
ist, und ein zweites Ende aufweist, das mit einer Host-Vorrichtung verbindbar
ist (Schritt 92). Wenn ein Ziel-Abschlußimpedanzwert, der einer Ziel-Host-Vorrichtung
entspricht, bekannt ist (Schritt 94), wird der variabel
konfigurierbare Abschlußimpedanzwert
des Datenkanals auf einen Abschlußimpedanzwert eingestellt,
der im wesentlichen mit dem Ziel-Host-Vorrichtungsabschlußimpedanzwert übereinstimmt
(Schritt 96).
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Der
variabel konfigurierbare Abschlußimpedanzwert wird durch eine
geeignete Konfiguration der Abschlußimpedanzsteuerung eingestellt.
Bei einigen Implementierungen z. B. kann die Abschlußimpedanzsteuerung
programmiert sein, um Steuersignale VCNTL zu
erzeugen, die die Zielabschlußimpedanz
an dem Host-Vorrichtungsknoten 36 erzeugen. Bei weiteren
Implementierungen kann die Abschlußimpedanzsteuerung manuell
konfiguriert werden, um einen mechanischen Schalter zu öffnen oder
zu schließen,
der die Ziel-Abschlußimpedanz
an dem Host-Vorrichtungsknoten 36 erzeugt.
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Wenn
die Ziel-Abschlußimpedanz
nicht bekannt ist (Schritt 94), wird das Kommunikationsmodul gespeichert
(Schritt 98). Nachdem der Ziel-Abschlußimpedanzwert bestimmt wurde
(Schritt 94), wird der variabel konfigurierbare Abschlußimpedanzwert
des Datenkanals auf einen Abschlußimpedanzwert eingestellt,
der im wesentlichen mit dem Ziel-Host-Vorrichtungsabschlußimpedanzwert übereinstimmt (Schritt 96).
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Weitere
Ausführungsbeispiele
sind innerhalb des Schutzbereichs der Ansprüche.
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Bei
einigen Ausführungsbeispielen
z. B. ist die Abschlußimpedanz 30 des
Datenkanals 14 variabel konfigurierbar, um Übertragungskabel 18 unterzubringen,
die Schnittstellen 22 mit unterschiedlichen jeweiligen
Abschlußimpedanzen
aufweisen. Bei diesen Implementierungen ist die Abschlußimpedanzsteuerung
konfiguriert, um die Abschlußimpedanz 30 auf
einen Zielimpedanzwert einzustellen, der im wesentlichen mit der
charakteristischen Impedanz 26 der Übertragungskabelschnittstelle 22 übereinstimmt.