DE102009039414A1 - Hochgeschwindigkeits-Digital-Galvanik-Isolator mit integrierter Niederspannungs-Differentialsignal-Schnittstelle - Google Patents
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Abstract
Verschiedene Arten von Hochgeschwindigkeits-Digital-Galvanik-Isolatoren und korrespondierende integrierte Niederspannungs-Differentialsignal ("LVDS")-Schnittstellen sind hierin offenbart. Gemäß manchen Ausführungsbeispielen wird Phantomenergie zu einer Seite eines galvanischen Isolators von der anderen Seite des Isolators über ein Twisted-Pair-Kabel mit Abschirmung, die die zwei Seiten verbindet, bereitgestellt, und beseitigt daher das Erfordernis, Energie an beide Seiten des galvanischen Isolators durch verschiedene Energieversorgungen oder durch separate physikalische Verdrahtung, die zu den beiden entgegengesetzten Seiten des Isolators geleitet und verbunden wird, bereitzustellen. Solche Phantomenergie-Versorgungskonfigurationen reduzieren die Kosten, verringern den Energiebedarf und erhöhen die Anzahl von technischen Designoptionen, die in einer Vorrichtung verfügbar sind, wo Hochgeschwindigkeits-Serielldatenkommunikation mit niedrigem Rauschen benötigt wird.
Description
- Feld der Erfindung
- Verschiedene hierin beschriebene Ausführungsbeispiele der Erfindung beziehen sich auf das Feld von isolierten Hochgeschwindigkeits-Datenübertragungssystemen, Vorrichtungen, Komponenten und Verfahren.
- Hintergrund
- Hochgeschwindigkeits-Digital-Übertragungs- und Empfangssysteme, Vorrichtungen, Komponenten und Verfahren sind in der Technik bekannt. Ein solches System ist die differentielle Datenübertragung, in der die Differenz der Spannungslevel bzw. Niveaus zwischen zwei Signalleitungen das übertragene Signal bildet. Differentielle Datenübertragung wird üblicherweise für Datenübertragungsraten größer als 100 Mbps über lange Distanzen verwendet.
- Im Vergleich zu einseitigen Datenübertragungs- und Empfangstechniken haben differentielle Signalübertragungs- und Empfangstechniken mehrere Vorteile, wie erhöhte Immunität und Isolation von verschiedenen Arten von Rauschen, typischerweise niedrigeren Energieverbrauch und hohe Gleichtakt-Rauschunterdrückungsniveaus. Eine Anzahl von Problemen schließt deren weiterverbreitete Verwendung in galvanisch isolierten Vorrichtungen und Systemen jedoch aus oder macht sie schwieriger, wie das Erfordernis, Energie an beide Seiten der galvanischen Isolationssperre bzw. Grenze von unterschiedlichen Energieversorgungen oder unterschiedliche Verdrahtungsverbinder oder Schnittstellen bereitzustellen.
- Was benötigt wird, ist eine Vorrichtung, die fähig ist, eine galvanische Isolation bei hohen Datenübertragungs- und Empfangsraten bereitzustellen, aber die nicht die Bereitstellung von separaten Energieversorgungen oder einer separaten externen Verdrahtung bzw. Verkabelung für mehrere Energieversorgungen benötigt.
- Weitere Details betreffend verschiedene Aspekte einiger Stand der Technik-Vorrichtungen und Verfahren können beispielsweise in den
US-Patenten Nr. 7,348,805 von Cannon et al. mit dem Titel „Chip-to-Chip Digital Transmission Circuit Delivering Power over Signal Lines” datiert 25. März 2008 und der PCT Internationalen Veröffentlichung Nr.WO 96/26590 - Zusammenfassung
- In manchen Ausführungsbeispielen wird ein Hochgeschwindigkeits-Digital-Isolator bereitgestellt, der eine Sender- bzw. Transmitter-Schaltung aufweist, die eine erste Niederspannungs-Differentialsignal-(LVDS)-Schnittstelle aufweist, die zum Empfangen von Eingangs-Differentialdatensignalen konfiguriert ist, eine Empfängerschaltung, die eine zweite LVDS-Schnittstelle aufweist, die zum Bereitstellen von Ausgangs-Differentialdatensignalen davon konfiguriert ist, und ein abgeschirmtes Twisted-Pair-Kabel („TPC”) bzw. Doppelkabel, das erste und zweite elektrische Leiter und eine elektrisch leitende Abschirmung aufweist, die darüber angeordnet ist, wobei das TPC zwischen der Senderschaltung und der Empfängerschaltung angeordnet ist und betriebsfähig bzw. betreibbar dazu gekoppelt ist, wobei das TPC des Weiteren konfiguriert ist, um die Eingangs-Differentialdatensignale von der Senderschaltung zu der Empfängerschaltung zu übermitteln, über die ersten und zweiten elektrischen Leiter und die Abschirmung, wobei das TPC eine Impedanz Z0, die damit assoziiert bzw. verbunden ist, aufweist, wobei die Senderschaltung zum Bereitstellen einer galvanischen Isolation zwischen der Senderschaltung und der Empfängerschaltung konfiguriert ist.
- In weiteren Ausführungsbeispielen wird ein Hochgeschwindigkeits-Digital-Empfänger bereitgestellt, der eine Niederspannungs-Differentialsignal-(„LVDS”)Schnittstelle aufweist, die zum Bereitstellen von Ausgangs-Differentialdatensignalen davon konfiguriert ist, eine Empfängerschaltung, die betreibbar mit der LVDS-Schnittstelle gekoppelt ist und zum Übermitteln der differentiellen Datensignale dazu konfiguriert ist, und ein abgeschirmtes Twisted-Pair-Kabel („TPC”), das erste und zweite elektrische Leiter und eine elektrisch leitende Abschirmung, die darüber angeordnet ist, aufweist, wobei das TPC betriebsfähig mit der Empfängerschaltung verbunden ist, um die differentiellen Datensignale dazu von einer Senderschaltung zu übermitteln und Phantomenergie an die Empfängerschaltung von einer externen Quelle über die ersten und zweiten elektrischen Leiter und die Abschirmung zu übermitteln, wobei das TPC eine Impedanz Z0, die damit assoziiert ist, aufweist, wobei der Hochgeschwindigkeits-Digital-Empfänger zum Bereitstellen einer galvanischen Isolation zwischen der Senderschaltung und der Empfängerschaltung konfiguriert ist.
- In noch weiteren Ausführungsbeispielen wird ein Hochgeschwindigkeits-Digital-Sendeempfänger bereitgestellt, der eine Senderschaltung aufweist, die eine erste Niederspannungs-Differentialsignal-(„LVDS”)-Schnittstelle aufweist, die zum Empfangen von ersten differentiellen Datensignalen konfiguriert ist, eine Empfängerschaltung, die eine zweite LVDS-Schnittstelle aufweist, die zum Empfangen von zweiten differentiellen Datensignalen konfiguriert ist, und erste und zweite abgeschirmte Twisted-Pair-Kabel („TPCs”), wobei jedes TPC erste und zweite elektrische Leiter und eine elektrisch leitende Abschirmung, die darüber angeordnet ist, aufweist, wobei das erste TPC betriebsfähig mit Ausgängen der Senderschaltung gekoppelt ist, wobei das zweite TPC betriebsfähig mit Eingängen der Empfängerschaltung gekoppelt ist, wobei jedes TPC des Weiteren zum Übermitteln von differentiellen Datensignalen dadurch und zum Bereitstellen von Phantomenergie an jeweils die Sender- und Empfängerschaltungen von externen Quellen konfiguriert ist, wobei die Sender- und Empfängerschaltungen zum Bereitstellen einer galvanischen Isolation in Bezug auf Schaltungen, extern zu dem Sendeempfänger, konfiguriert sind.
- Weitere Ausführungsbeispiele sind hierin offenbart oder werden dem Fachmann ersichtlich werden nach dem Lesen und Verstehen der Spezifikation und den Zeichnungen hiervon.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- Unterschiedliche Aspekte der verschiedenen Ausführungsbeispiele der Erfindung werden aus der folgenden Spezifikation, Zeichnungen und Ansprüchen offenbart, in denen:
-
1 ein Ausführungsbeispiel eines Hochgeschwindigkeits-Digital-Isolators zeigt, -
2 ein anderes Ausführungsbeispiel eines Hochgeschwindigkeits-Digital-Isolators zeigt, -
3 ein Ausführungsbeispiel zeigt, das mehrere Hochgeschwindigkeits-Digital-Isolatoren aufweist, -
4 und5 die Bereitstellung von Phantomenergie gemäß manchen Ausführungsbeispielen zeigen, -
6 und7 Ausführungsbeispiele zeigen, die beide Sender- und Empfängerschaltungen aufweisen, -
8 ein Ausführungsbeispiel zeigt, das einen Hochgeschwindigkeits-Isolator aufweist, der zum Verbinden eines Serialisierers und eines Deserialisierers konfiguriert ist, -
9 ein Ausführungsbeispiel zeigt, das es Typ 1 Datenschnittstellen erlaubt, mit Typ 2 Schnittstellen verbunden zu werden, und -
10 ein Ausführungsbeispiel eines MOST („Medien orientierten Systemtransport” bzw. „Media Oriented System Transport”) Systems zeigt. - Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Ähnliche Zahlen beziehen sich auf ähnliche Teile oder Schritte durch die Zeichnungen hindurch, sofern nicht anderweitig vermerkt.
- Detaillierte Beschreibungen mancher bevorzugter Ausführungsbeispiele
-
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Hochgeschwindigkeits-Digital-Isolators10 , der eine Senderschaltung20 aufweist, die eine erste Niederspannungs-Differentialsignal-(„LVDS”)-Schnittstelle22 aufweist, die zum Empfangen von Eingangs-Differentialdatensignalen24 und26 konfiguriert ist. Empfängerschaltung30 weist eine zweite LVDS-Schnittstelle32 auf, die zum Bereitstellen von Ausgangs-Differentialdatensignalen34 und36 davon konfiguriert ist. Ein abgeschirmtes Twisted-Pair-Kabel („TPC”)40 weist erste und zweite elektrische Leiter42 und44 und eine darüber angeordnete elektrisch leitende Abschirmung49 auf. Das TPC40 ist zwischen der Senderschaltung20 und der Empfängerschaltung30 angeordnet und ist damit betreibbar gekoppelt. In einem Ausführungsbeispiel ist das TPC40 zum Übermitteln von differentiellen Datensignalen24 und26 von der Senderschaltung20 zu der Empfängerschaltung30 , und zum Bereitstellen von Phantomenergie50 an die Senderschaltung20 von der Empfängerschaltung30 über die ersten und zweiten elektrischen Leiter42 und44 und die Abschirmung49 konfiguriert. In bevorzugten Ausführungsbeispielen weist die Senderschaltung20 einen Spannungsregler bzw. Regulator80 auf, der zum Regulieren von Energie50 , die von der Empfängerschaltung30 über das TPC40 bereitgestellt wird, konfiguriert ist. Die Senderschaltung20 kann als eine integrierte Schaltung konfiguriert sein, die eine galvanische Isolation zwischen der Senderschaltung und der Empfängerschaltung bereitstellt. - Auf
1 beziehend fortfahrend weist das TPC40 eine Impedanz Z0 auf, die damit assoziiert ist. Terminierungswiderstände bzw. Abschlusswiderstände62 und64 sind mit Terminierungs- bzw. Abschluss- bzw. Anschlussenden der ersten und zweiten elektrischen Leiter42 und44 in der Senderschaltung20 betreibbar gekoppelt, und in bevorzugten Ausführungsbeispielen weist jeder eine Impedanz von ungefähr Z0/2 auf. In ähnlicher Weise sind Quell- bzw. Ursprungs- bzw. Eingangswiderstände66 und68 mit Quellenden bzw. Ursprungsenden bzw. Eingangsenden der ersten und zweiten elektrischen Leiter42 und44 in der Empfängerschaltung30 betreibbar gekoppelt, wo jeder Eingangswiderstand eine Impedanz von ungefähr Z0/2 aufweist. In dem Ausführungsbeispiel gezeigt in1 ist eine repräsentative Impedanz für Z0 zwischen ungefähr 100 und ungefähr 110 Ohm, und somit haben die Widerstände62 ,64 ,66 und68 Werte von ungefähr 50 bis 55 Ohm, und die Phantomenergie50 hat eine repräsentative DC-Spannung von ungefähr 3,3 bis ungefähr 3,5 V. Somit ist die durchschnittliche DC-Energieversorgungsspannung, die auf jedem der Leiter42 und44 zwischen der Abschirmung49 bereitgestellt wird, ungefähr 1,65 bis ungefähr 1,75 V, und Energie wird dadurch im Gleichtakt geleitet. Auf der anderen Seite kann die Menge der differentiellen AC-Signale, die über dieselben Leiter bereitgestellt werden, beispielhaft nur 100 mV sein. Vorausgesetzt, dass das differentielle Datensignal in dem Isolator10 gut balanciert bzw. ausgeglichen ist, wird wenig oder kein Strom durch solche Signale in der Abschirmung49 induziert. Es wird nun gesehen werden, dass die Abschluss- und Eingangswiderstände62 ,64 ,66 und68 zum Einrichten einer vernünftig ausgerichteten bzw. ausbalancierten differentiellen Signalübertragung bzw. Übersendung und Empfang benötigt werden, und dass die Werte solcher Widerstände ausgewählt werden sollten, um zu der charakteristischen Impedanz der Übersendungsleitung (das heißt TPC40 ) zu passen. Beachte, dass in1 Pfeile46 und48 die Stromfließrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellen. - Während in
1 die Phantomenergie50 zu der Senderschaltung20 von der Empfängerschaltung30 durch das TPC40 bereitgestellt wird, und die Senderschaltung20 zum Bereitstellen einer galvanischen Isolation zu dem Isolator10 konfiguriert ist, können auch andere Konfigurationen zum Einsatz kommen, wie die Phantomenergie50 bereitgestellt an die Empfängerschaltung30 durch die Senderschaltung über das TPC40 , und/oder die Empfängerschaltung30 konfiguriert zum Bereitstellen einer galvanischen Isolierung70 zu dem Isolator10 . In jedem Fall muss die galvanische Isolation70 in Übereinstimmung mit den zahlreichen Ausführungsbeispielen der Erfindung in dem digitalen Isolator10 in einer oder beiden der Senderschaltung20 und/oder der Empfängerschaltung30 bereitgestellt werden. - Ein Vorteil des Bereitstellens der Phantomenergie
50 in Übereinstimmung mit den zahlreichen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche spezifische Konfiguration auch immer im Einsatz ist, ist es, dass das Erfordernis, eine zusätzliche Energieversorgung oder Energieversorgungsverbindung oder Kabel auf der Primärseite der Senderschaltung20 oder der Primärseite der Empfängerschaltung30 bereitzustellen, beseitigt ist. Dies reduziert im Gegenzug Systemkosten durch das Beseitigen von physischen Verbindungen, Kabeln, Energieversorgungen, Materialien und Arbeit, die andernfalls benötigt werden würden, und erhöht auch die Designfreiheit durch das Beseitigen der Anforderung, Energie an entgegengesetzte Seiten eines galvanischen Isolators unter Verwendung von unterschiedlichen Energiequellen oder separaten elektrischen Verbindungen zuzuführen. Beachte, dass in bevorzugten Ausführungsbeispielen LVDS-Schnittstellen22 und32 jeweils in die Senderschaltung20 und Empfängerschaltung30 integriert bzw. eingearbeitet sind oder Teile von diesen bilden, und dass in noch weiter bevorzugten Ausführungsbeispielen LVDS-Schnittstellen22 und32 in eine oder mehrere integrierte Schaltungen integriert sind, oder einen Teil von diesen bilden, in die die Senderschaltung20 und/oder die Empfängerschaltung30 auch integriert sind. Beachte weiterhin, dass LVDS-Schnittstellen22 und32 direkt zu einer oder mehreren Leiterplatten (PCBs) oder anderen integrierten Schaltungen verbunden sein können. - Andere Vorteile entstehen aus der Verwendung des differentiellen Signal-Digital-Isolators
10 , dargestellt in1 und zugehörigen Ausführungsbeispielen, wie das Erhöhen der Rate, bei der Daten durch die Vorrichtung10 übermittelt werden können, das Beseitigen oder Reduzieren der Menge von Masseschleifen, das Erhöhen der Distanzen, über die digitale Signale genau übertragen und empfangen werden können, das Reduzieren oder Beseitigen von elektrischem Rauschen, wie EMI und EMS, das Erhöhen von Gleichtaktunterdrückung (CMR) von Rauschen, und das Zulassen, dass die Versorgungsspannungen, bereitgestellt an den Isolator10 , absenkbar sind, wodurch der Energieverbrauch reduziert werden kann. - Auf
1 beziehend fortfahrend ist in manchen Ausführungsbeispielen der Hochgeschwindigkeits-Digital-Isolator10 konfiguriert, um Datensignale dadurch bei einer Rate mehr als ungefähr 100 Mbps oder zwischen ungefähr 500 Mbps und ungefähr 3,75 Gbps zu übertragen. Andere Datenraten sind auch vorgesehen. - Gemäß der bestimmten vorliegenden Anmeldung kann das TPC
40 eine Länge von mehr als oder um ungefähr 0,5 Meter, ungefähr 1 Meter, ungefähr 2 Meter, ungefähr 3 Meter, ungefähr 4 Meter, ungefähr 5 Meter, ungefähr 6 Meter, ungefähr 7 Meter, ungefähr 8 Meter, ungefähr 9 Meter, ungefähr 10 Meter, ungefähr 20 Meter, ungefähr 30 Meter oder ungefähr 50 Meter aufweisen. Andere Längen des TPC40 sind auch vorgesehen. - In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Isolator
10 konfiguriert, einen Versatz bzw. Bitversatz zwischen Takt und Datenraten unter Verwendung von Taktdatenwiederherstellungs-(„CDR”)Techniken anzupassen. - Spezifikationen für standardisierte LVDS-Schnittstellen können in ANSI/TIA/EIA-644 („Electrical Characterics of Low Voltage Differential Signaling (LVDS) Interface Circuits”) gefunden werden. EIA/TIA-644 definiert eine differentielle Schnittstelle, die eine elektrische Schicht nur für einen Empfänger und einen Sender aufweist. LVDS kann entweder mit einem Kabel oder einer Platinenschnittstelle verwendet werden. Eine LVDS-Schnittstelle ist bevorzugt mit einer Ausgangsspannungsschwankung von 350 mV ausgestaltet und beschleunigt mehr als 400 Mbps in eine 100 Ohm Last über eine Distanz von ungefähr 10 Meter. Wie auch bei allen Bussen bestimmt der Kabeltyp die Kabellänge oder Busgeschwindigkeit. Beispielsweise können Kategorie 3 (CAT3) Kabel für Kabel bis zu 10 Meter in der Länge verwendet werden, während CAT5-Kabel für längere Durchläufe (ungefähr 20 Meter bei 100 Mbps, ungefähr 50 Meter bei 50 Mbps, ungefähr 100 Meter bei 10 Mbps) verwendet werden können. Flachbandkabel können für Untermeterdurchläufe bzw. Durchläufe unter einem Meter verwendet werden. Allgemein akzeptierte LVDS- Rand- bzw. Edge-Raten sind 1 V/nS, und eine akzeptable Ausgangsspannung ist 350 mV [250 mV min., 450 mV max.]. Die zentrale Spannung ist 1,2 V. LVDS-Schnittstellen verwenden üblicherweise einen Strombetriebstreiberausgang von einer 3,5 mA Stromquelle. Das betreibt eine differentielle Leitung, die von einem 100 Ohm Widerstand terminiert wird, ungefähr 350 mV über den Empfänger erzeugend. Die +/–350 mV Spannungsschwankung kann auf einer 1,2 V Offset-Spannung zentriert sein.
- Bezug nehmend nun auf
2 ist dort ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, wo der Hochgeschwindigkeits-Digital-Sender12 eine LVDS-Schnittstelle22 , einen galvanischen Isolator70 und eine Senderschaltung20 aufweist und ein Hochgeschwindigkeits-Digital-Empfänger14 eine Empfängerschaltung30 , einen galvanischen Isolator70 und eine LVDS-Schnittstelle32 aufweist. -
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, wo mehrere Senderschaltungen20 und korrespondierende LVDS-Schnittstellen22 angeordnet sind und für einen Hochgeschwindigkeits-Digital-Empfänger12 vorgesehen sind, und mehrere Empfängerschaltungen30 und korrespondierende LVDS-Schnittstellen32 angeordnet sind und für einen Hochgeschwindigkeits-Digital-Empfänger14 vorgesehen sind. -
4 und5 zeigen Ausführungsbeispiele, wo Spannungsregulatoren80 und Phantomenergieversorgungen zu einem TPC40 in einem Hochgeschwindigkeits-Digital-Sender12 und einem Hochgeschwindigkeits-Digital-Empfänger14 jeweils verbunden sind, um dahin Gleichtaktenergieversorgungen bereitzustellen. -
6 und7 zeigen Ausführungsbeispiele, wo Hochgeschwindigkeits-Sendeempfänger16 beide Senderschaltungen20 und Empfängerschaltungen30 zusammen jeweils mit LVDS-Schnittstellen22 und32 aufweisen. - Phantomenergieversorgungen sind in dem Ausführungsbeispiel des Sendeempfängers
16 dargestellt in6 bereitgestellt. -
8 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches besonders gut eingerichtet ist, um eine Hochgeschwindigkeits-Seriellkommunikation von Daten zuzulassen, wo der Serialisierer120 betreibbar mit einem Hochgeschwindigkeits-Digital-Isolator10 verbunden ist, der im Gegenzug zu einem Deserialisierer130 betreibbar verbunden ist. Wie gezeigt verbindet eine LVDS-Schnittstelle22 , eingebaut in den Isolator10 , den Serialisierer120 betreibbar mit dem Isolator10 und LVDS32 , eingebaut im Isolator10 , verbindet den Deserialisierer betreibbar mit dem Isolator10 . Dieses Ausführungsbeispiel erlaubt es, eine galvanische Isolation zwischen dem Serialisierer120 und dem Deserialisierer130 bereitzustellen, während die Probleme, die von herkömmlichen einseitigen Konfigurationen entstehen, wo Spannungsungleichgewichte und Unausgeglichenheiten viel wahrscheinlicher auftreten und eine größere Menge haben, vermieden werden. Zusätzlich beseitigt das Ausführungsbeispiel gezeigt in8 die Probleme, die von unabhängigen Signalpfaden entstehen, die Augenverzerrung aufgrund von Zeitverzögerung und Schwellwertspannungsvariationen einführen. Das Ausführungsbeispiel dargestellt in8 kann auch so implementiert werden, dass der digitale Isolator10 kein TPC40 aufweist, und es stattdessen einem digital galvanischen Isolator erlaubt, zwischen dem Serialisierer120 und dem Deserialisierer130 angeordnet zu werden, der darin eingebaut LVDS-Schnittstellen22 und32 aufweist. -
9 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das es Typ 1 Datenschnittstellen (die in LAN-Konfigurationen üblicherweise in einem einzelnen Datenstecker bzw. Verbinder terminieren) mit Typ 2 Schnittstellen (die in LAN-Konfigurationen üblicherweise in einem Datenstecker und einem Telefondosenstecker terminieren) durch Mittel von LVDS-Schnittstellen41 und43 verbunden zu werden, die miteinander durch ein TPC40 verbunden sind. Wie in9 gezeigt, kann die Phantomenergie in jede Richtung durch das TPC40 zugeführt werden. Gesendete bzw. übertragene Signale46 /48 werden in einer ersten Richtung durch die LVDS-Schnittstelle41 , das TPC40 und die LVDS-Schnittstelle43 übermittelt. Empfangene Signale34 /36 werden in einer entgegengesetzten zweiten Richtung durch die LVDS-Schnittstelle43 , das TPC40 und die LVDS-Schnittstelle41 übermittelt. Die Phantomenergie wird je nachdem entlang derselben Leiter wie die gesendeten Signale46 /48 oder die empfangenen Signale34 /36 zugeführt. Ein Pfad zur elektrischen Masse ist durch Masse53 bereitgestellt. Beachte, dass modifizierte IEEE 1384 Verbinder bzw. Stecker verwendet werden können, um in die LVDS-Schnittstellen41 und43 einzustecken. -
10 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines MOST („Media Oriented System Transport” bzw. „Medien orientierter Systemtransport”) Systems100 , das besonders wirksame Anwendung in Automobilen findet. Das System100 ist konfiguriert und angepasst, um eine geeignete Lösung zum Übertragen von Multimedia-Daten innerhalb eines Automobils bereitzustellen, und zu diesem Zweck wurden verschiedene MOST-Standards definiert oder sind im Begriff, definiert zu werden, wie MOST25 , MOST50 und MOST150 . In dem System100 gezeigt in10 agiert beispielsweise ein MOST50 Ring als ein Datenbus, der organisiert und digitale Signale zu verschiedenen Teilen des Systems100 übermittelt, wie der Haupteinheit, der Konnektivitätsbox, Telematiken, Navigation, Telefon, Kamera, etc. Die Verwendung der LVDS-Schnittstellen, des TPC und der differentiellen Datenübersendungen und/oder Empfangskonfigurationen, Vorrichtungen und Verfahren der Erfindung erlauben es dem System100 , bei hohen Geschwindigkeiten (beispielsweise zwischen ungefähr 25 Mbps und ungefähr 1 Gbps) über lange Einklängen bzw. Verbindungslängen (zum Beispiel bis zu oder mehr als ungefähr 0,5 Meter, ungefähr 1 Meter, ungefähr 2 Meter, ungefähr 3 Meter, ungefähr 4 Meter, ungefähr 5 Meter, ungefähr 6 Meter, ungefähr 7 Meter, ungefähr 8 Meter, ungefähr 9 Meter, ungefähr 10 Meter, ungefähr 20 Meter, ungefähr 30 Meter oder ungefähr 50 Meter) zu agieren, als es bisher möglich war. Zusätzlich erlaubt es die Anpassung eines MOST-Systems zur Verwendung mit den LVDS-Schnittstellen, dem TPC, und den differentiellen Datenübersendungs- und/oder Empfangskonfigurationen, Vorrichtungen und Verfahren der Erfindung hohen Graden von elektrischer Isolation und Rauschimmunität erreicht zu werden. Wie in manchen der vorhergehenden Ausführungsbeispiele kann die Phantomenergie zu verschiedenen Komponenten des Systems100 in Übereinstimmung mit dem Lehren der Erfindung zugeführt werden, während manche physikalischen Verdrahtungen und elektrischen Verbindungen auch eliminiert werden können. Wie in manchen anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung wird die technische Designfreiheit durch die Beseitigung von Verdrahtungen und durch das Erhöhen von Energieversorgungsoptionen verbessert. - Die verschiedenen Ausführungsbeispiele der Erfindung können zur Verwendung in Automobilen, Glasfaserkanälen, industriellen Steuerungen, SER/DES (Serialisierer/Deserialisierer) Anwendungen, Hochgeschwindigkeits-Serielldatenübertragungs-Anwendungen in Flachbildschirmen (FPDs), innerhalb von High-Definition-Fernsehen bzw. hochauflösendem Fernsehen (HDTVs), Layer 2 Switchen, den Backbones von verschiedenen Arten von Messvorrichtungen, MOST-Anwendungen und noch weitere Anwendungen, die der Fachmann nach dem Lesen und Verstehen der vorliegenden Spezifikation und den Zeichnungen erkennen wird, angepasst sein.
- Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele sollten als Beispiele der vorliegenden Erfindung angesehen werden, statt als den Umfang der Erfindung limitierend. Zusätzlich zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen der Erfindung werden die Überprüfung der detaillierten Beschreibung und die begleitenden Zeichnungen zeigen, dass es andere Ausführungsbeispiele der Erfindung gibt. Dementsprechend werden viele Kombinationen, Permutationen, Variationen und Modifikationen der vorangehenden Ausführungsbeispiele der Erfindung, die nicht explizit hierin dargelegt sind, dennoch in den Umfang der Erfindung fallen.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- - US 7348805 [0005]
- - WO 96/26590 [0005]
Claims (39)
- Ein Hochgeschwindigkeits-Digital-Isolator, aufweisend: eine Senderschaltung aufweisend eine erste Niederspannungs-Differentialsignal-(„LVDS”)Schnittstelle, konfiguriert zum Empfangen von Eingangs-Differentialdatensignalen; eine Empfängerschaltung aufweisend eine zweite LVDS-Schnittstelle, konfiguriert zum Bereitstellen von Ausgangs-Differentialdatensignalen davon, und ein abgeschirmtes Twisted-Pair-Kabel („TPC”) aufweisend erste und zweite elektrische Leiter und eine darüber angeordnete elektrisch leitende Abschirmung, wobei das TPC zwischen der Senderschaltung und der Empfängerschaltung angeordnet ist und damit betreibbar gekoppelt ist, wobei das TPC des Weiteren konfiguriert ist, um die Eingangs-Differentialdatensignale von der Senderschaltung zu der Empfängerschaltung zu übermitteln, und um Phantomenergie zu der Senderschaltung von der Empfängerschaltung bereitzustellen, über die ersten und zweiten elektrischen Leiter und die Abschirmung, wobei das TPC eine damit assoziierte Impedanz Z0 aufweist; wobei die Senderschaltung zum Bereitstellen einer galvanischen Isolation zwischen der Senderschaltung und der Empfängerschaltung konfiguriert ist.
- Der Hochgeschwindigkeits-Digital-Isolator nach Anspruch 1, wobei der Isolator konfiguriert ist, um Datensignale dadurch bei einer Rate von mehr als ungefähr 100 Mbps zu übermitteln.
- Der Hochgeschwindigkeits-Digital-Isolator nach Anspruch 1, wobei der Isolator konfiguriert ist, um Datensignale dadurch bei einer Rate zwischen ungefähr 500 Mbps und ungefähr 3,75 Gbps zu übermitteln.
- Der Hochgeschwindigkeits-Digital-Isolator nach Anspruch 1, wobei Abschlusswiderstände betreibbar mit Abschlussenden der ersten und zweiten elektrischen Leiter in der Senderschaltung gekoppelt sind, wobei jeder Abschlusswiderstand eine Impedanz von ungefähr Z0/2 aufweist.
- Der Hochgeschwindigkeits-Digital-Isolator nach Anspruch 1, wobei Eingangswiderstände mit Abschlussenden der ersten und zweiten elektrischen Leiter in der Empfängerschaltung betreibbar gekoppelt sind, wobei jeder Abschlusswiderstand eine Impedanz von ungefähr Z0/2 aufweist.
- Der Hochgeschwindigkeits-Digital-Isolator nach Anspruch 1, wobei die Senderschaltung weiterhin einen Spannungsregulator aufweist, der zum Regulieren der Energie empfangen von der Empfängerschaltung über das TPC konfiguriert ist.
- Der Hochgeschwindigkeits-Digital-Isolator nach Anspruch 1, wobei das TPC eine Länge von mehr als ungefähr 0,5 Meter, ungefähr 1 Meter, ungefähr 2 Meter, ungefähr 3 Meter, ungefähr 4 Meter, ungefähr 5 Meter, ungefähr 6 Meter, ungefähr 7 Meter, ungefähr 8 Meter, ungefähr 9 Meter, ungefähr 10 Meter, ungefähr 20 Meter, ungefähr 30 Meter oder ungefähr 50 Meter aufweist.
- Der Hochgeschwindigkeits-Digital-Isolator nach Anspruch 1, wobei der Isolator weiterhin konfiguriert ist, um den Versatz zwischen Takt und Datenraten unter Verwendung von Taktdatenwiederherstellungs(„CDR”)-Techniken anzupassen.
- Der Hochgeschwindigkeits-Digital-Isolator nach Anspruch 1, wobei der Isolator in ein Medien orientiertes Systemtransport(„MOST”)-Netzwerk integriert ist.
- Der Hochgeschwindigkeits-Digital-Isolator nach Anspruch 7, wobei das MOST-Netzwerk in ein Automobil integriert ist.
- Der Hochgeschwindigkeits-Digital-Isolator nach Anspruch 7, wobei das MOST-Netzwerk konfiguriert ist, um eine Geschwindigkeit zu betreiben, die sich zwischen ungefähr 25 Mbps und ungefähr 1 Gbps erstreckt.
- Der Hochgeschwindigkeits-Digital-Isolator nach Anspruch 1, wobei die Senderschaltung ein Serialisierer ist und die Empfängerschaltung ein Deserialisierer ist.
- Der Hochgeschwindigkeits-Digital-Isolator nach Anspruch 1, wobei die Empfängerschaltung eine integrierte Schaltung ist.
- Der Hochgeschwindigkeits-Digital-Isolator nach Anspruch 1, wobei die Senderschaltung eine integrierte Schaltung ist.
- Der Hochgeschwindigkeits-Digital-Isolator, aufweisend: eine Senderschaltung aufweisend eine erste Niederspannungsdifferentialsignal(„LVDS”)-Schnittstelle, die zum Empfangen von Eingangs-Differentialdatensignalen konfiguriert ist; eine Empfängerschaltung aufweisend eine zweite LVDS-Schnittstelle, die konfiguriert ist zum Bereitstellen von Ausgangs-Differentialdatensignalen davon, und ein abgeschirmtes Twisted-Pair-Kabel („TPC”) aufweisend erste und zweite elektrische Leiter und eine elektrisch leitende Abschirmung, die darüber angeordnet ist, wobei das TPC zwischen der Senderschaltung und der Empfängerschaltung angeordnet ist und damit betreibbar gekoppelt ist, wobei das TPC weiterhin konfiguriert ist, um die Eingangs-Differentialdatensignale von der Senderschaltung zu der Empfängerschaltung zu übermitteln, und um Phantomenergie an die Empfängerschaltung von der Senderschaltung bereitzustellen, über die ersten und zweiten elektrischen Leiter und die Abschirmung, wobei das TPC eine Impedanz Z0, die damit assoziiert ist, aufweist; wobei die Empfängerschaltung konfiguriert ist, um eine galvanische Isolation zwischen der Senderschaltung und der Empfängerschaltung bereitzustellen.
- Der Hochgeschwindigkeits-Digital-Isolator nach Anspruch 15, wobei der Isolator konfiguriert ist, um Datensignale dadurch bei einer Rate von mehr als ungefähr 100 Mbps zu übermitteln.
- Der Hochgeschwindigkeits-Digital-Isolator nach Anspruch 15, wobei der Isolator konfiguriert ist, um Datensignale dadurch bei einer Rate zwischen ungefähr 500 Mbps und ungefähr 3,75 Gbps zu übermitteln.
- Der Hochgeschwindigkeits-Digital-Isolator nach Anspruch 15, wobei Abschlusswiderstände betreibbar mit Abschlussenden der ersten und zweiten elektrischen Leiter in der Senderschaltung gekoppelt sind, wobei jeder Abschlusswiderstand eine Impedanz von ungefähr Z0/2 aufweist.
- Der Hochgeschwindigkeits-Digital-Isolator nach Anspruch 15, wobei Eingangswiderstände betreibbar mit Eingangsenden der ersten und zweiten elektrischen Leiter in der Empfängerschaltung gekoppelt sind, wobei jeder Eingangswiderstand eine Impedanz von ungefähr Z0/2 aufweist.
- Der Hochgeschwindigkeits-Digital-Isolator nach Anspruch 15, wobei die Empfängerschaltung weiterhin einen Spannungsregulator aufweist, der zum Regulieren von Energie empfangen von der Senderschaltung über das TPC konfiguriert ist.
- Der Hochgeschwindigkeits-Digital-Isolator nach Anspruch 15, wobei das TPC eine Länge von mehr als ungefähr 0,5 Meter, ungefähr 1 Meter, ungefähr 2 Meter, ungefähr 3 Meter, ungefähr 4 Meter, ungefähr 5 Meter, ungefähr 6 Meter, ungefähr 7 Meter, ungefähr 8 Meter, ungefähr 9 Meter, ungefähr 10 Meter, ungefähr 20 Meter, ungefähr 30 Meter oder ungefähr 50 Meter aufweist.
- Der Hochgeschwindigkeits-Digital-Isolator nach Anspruch 15, wobei der Isolator weiterhin konfiguriert ist, um einen Versatz zwischen Takt- und Datenraten unter Verwendung von Taktdatenwiederherstellungs(„CDR”)-Techniken anzupassen.
- Der Hochgeschwindigkeits-Digital-Isolator nach Anspruch 15, wobei die Senderschaltung ein Serialisierer ist und die Empfängerschaltung ein Deserialisierer ist.
- Der Hochgeschwindigkeits-Digital-Isolator nach Anspruch 15, wobei der Isolator in ein Medien orientiertes Systemtransport(„MOST”)-Netzwerk integriert ist.
- Der Hochgeschwindigkeits-Digital-Isolator nach Anspruch 24, wobei das MOST-Netzwerk in ein Automobil integriert ist.
- Der Hochgeschwindigkeits-Digital-Isolator nach Anspruch 24, wobei das MOST-Netzwerk konfiguriert ist, um eine Geschwindigkeit zu betreiben, die sich zwischen ungefähr 25 Mbps und ungefähr 1 Gbps erstreckt.
- Der Hochgeschwindigkeits-Digital-Isolator nach Anspruch 15, wobei die Senderschaltung eine integrierte Schaltung ist.
- Der Hochgeschwindigkeits-Digital-Isolator nach Anspruch 15, wobei die Empfängerschaltung eine integrierte Schaltung ist.
- Ein Hochgeschwindigkeits-Digital-Sender, aufweisend: eine Niederspannungsdifferentialsignal(„LVDS”)-Schnittstelle, die zum Empfangen von Eingangs-Differentialdatensignalen dadurch konfiguriert ist; eine Senderschaltung, die betreibbar mit der LVDS-Schnittstelle gekoppelt ist und zum Senden der differentiellen Datensignale davon konfiguriert ist, und ein abgeschirmtes Twisted-Pair-Kabel („TPC”) aufweisend erste und zweite elektrische Leiter und eine elektrisch leitende Abschirmung, die darüber angeordnet ist, wobei das TPC betreibbar mit der Senderschaltung verbunden ist, um dadurch differentielle Datensignale zu übermitteln und Phantomenergie an die Senderschaltung von einer externen Quelle über die ersten und zweiten elektrischen Leiter und die Abschirmung bereitzustellen, wobei das TPC eine Impedanz Z0, die damit assoziiert ist, aufweist; wobei der Hochgeschwindigkeits-Digital-Sender konfiguriert ist, um eine galvanische Isolation zwischen der Senderschaltung und einer Empfängerschaltung bereitzustellen.
- Der Hochgeschwindigkeits-Digital-Sender nach Anspruch 29, wobei die Senderschaltung in eine integrierte Schaltung integriert ist.
- Der Hochgeschwindigkeits-Digital-Sender nach Anspruch 29, wobei der Sender weiterhin einen Spannungsregulator aufweist, der konfiguriert ist, um Energie empfangen über das TPC zu regulieren.
- Der Hochgeschwindigkeits-Digital-Sender nach Anspruch 29, wobei die externe Quelle die Empfängerschaltung ist.
- Ein Hochgeschwindigkeits-Digital-Empfänger, aufweisend: eine Niederspannungsdifferentialsignal(„LVDS”)-Schnittstelle, die konfiguriert ist, um Ausgangs-Differentialdatensignale davon bereitzustellen; eine Empfängerschaltung, die betreibbar mit der LVDS-Schnittstelle gekoppelt ist und konfiguriert ist, um die differentiellen Datensignale dahin zu übermitteln, und ein abgeschirmtes Twisted-Pair-Kabel („TPC”) aufweisend erste und zweite elektrische Leiter und eine elektrisch leitende Abschirmung, die darüber angeordnet ist, wobei das TPC betreibbar mit der Empfängerschaltung verbunden ist, um die differentiellen Datensignale dorthin von einer Senderschaltung zu übermitteln und Phantomenergie an die Empfängerschaltung von einer externen Quelle über die ersten und zweiten elektrischen Leiter und die Abschirmung bereitzustellen, wobei das TPC eine Impedanz Z0, die damit assoziiert ist, aufweist; wobei der Hochgeschwindigkeits-Digital-Empfänger konfiguriert ist, um eine galvanische Isolation zwischen der Empfängerschaltung und der Senderschaltung bereitzustellen.
- Der Hochgeschwindigkeits-Digital-Empfänger nach Anspruch 33, wobei die Empfängerschaltung in eine integrierte Schaltung integriert ist.
- Der Hochgeschwindigkeits-Digital-Empfänger nach Anspruch 33, wobei die Empfängerschaltung weiterhin einen Spannungsregulator aufweist, der konfiguriert ist, um Energie empfangen von der Senderschaltung über das TPC zu regulieren.
- Der Hochgeschwindigkeits-Digital-Empfänger nach Anspruch 33, wobei die externe Quelle die Senderschaltung ist.
- Ein Hochgeschwindigkeits-Digital-Sendeempfänger, aufweisend: eine Senderschaltung aufweisend eine erste Niederspannungsdifferentialsignal(„LVDS”)-Schnittstelle, die konfiguriert ist, um erste differentielle Datensignale zu empfangen; eine Empfängerschaltung aufweisend eine zweite LVDS-Schnittstelle, die konfiguriert ist, um zweite differentielle Datensignale zu empfangen, und erste und zweite abgeschirmte Twisted-Pair-Kabel („TPCs”), wobei jedes TPC erste und zweite elektrische Leiter und eine elektrisch leitende Abschirmung, die darüber angeordnet ist, aufweist, wobei das erste TPC betreibbar mit Ausgängen der Senderschaltung gekoppelt ist, wobei das zweite TPC betreibbar mit Eingängen der Empfängerschaltung gekoppelt ist, wobei jedes TPC weiterhin konfiguriert ist, um differentielle Datensignale dadurch zu übermitteln und Phantomenergie jeweils an die Sender- und Empfängerschaltungen von externen Quellen bereitzustellen; wobei die Sender- und Empfängerschaltungen konfiguriert sind, um eine galvanische Isolation in Bezug auf Schaltungen extern zu dem Sendeempfänger bereitzustellen.
- Der Hochgeschwindigkeits-Digital-Sendeempfänger nach Anspruch 37, wobei die Empfänger- und Senderschaltungen in zumindest eine integrierte Schaltung integriert sind.
- Der Hochgeschwindigkeits-Digital-Sendeempfänger nach Anspruch 37, weiterhin aufweisend zumindest einen Spannungsregulator, der konfiguriert ist, um Energie empfangen über das TPC zu regulieren.
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