DE102009039414A1

DE102009039414A1 - Hochgeschwindigkeits-Digital-Galvanik-Isolator mit integrierter Niederspannungs-Differentialsignal-Schnittstelle

Info

Publication number: DE102009039414A1
Application number: DE102009039414A
Authority: DE
Inventors: Kenji Sugamihura Yamamoto
Original assignee: Avago Technologies ECBU IP Singapore Pte Ltd
Current assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Priority date: 2008-09-01
Filing date: 2009-08-31
Publication date: 2010-03-04
Also published as: JP2010088112A; US8175172B2; US20100054345A1; JP5436985B2

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 von Bierkeli et al. mit dem Titel „Interface Isolator Circuit for Differential Signals” datiert 29. August 1996 gefunden werden.
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 und 5 die Bereitstellung von Phantomenergie gemäß manchen Ausführungsbeispielen zeigen,
6 und 7 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-Isolators 10, der eine Senderschaltung 20 aufweist, die eine erste Niederspannungs-Differentialsignal-(„LVDS”)-Schnittstelle 22 aufweist, die zum Empfangen von Eingangs-Differentialdatensignalen 24 und 26 konfiguriert ist. Empfängerschaltung 30 weist eine zweite LVDS-Schnittstelle 32 auf, die zum Bereitstellen von Ausgangs-Differentialdatensignalen 34 und 36 davon konfiguriert ist. Ein abgeschirmtes Twisted-Pair-Kabel („TPC”) 40 weist erste und zweite elektrische Leiter 42 und 44 und eine darüber angeordnete elektrisch leitende Abschirmung 49 auf. Das TPC 40 ist zwischen der Senderschaltung 20 und der Empfängerschaltung 30 angeordnet und ist damit betreibbar gekoppelt. In einem Ausführungsbeispiel ist das TPC 40 zum Übermitteln von differentiellen Datensignalen 24 und 26 von der Senderschaltung 20 zu der Empfängerschaltung 30, und zum Bereitstellen von Phantomenergie 50 an die Senderschaltung 20 von der Empfängerschaltung 30 über die ersten und zweiten elektrischen Leiter 42 und 44 und die Abschirmung 49 konfiguriert. In bevorzugten Ausführungsbeispielen weist die Senderschaltung 20 einen Spannungsregler bzw. Regulator 80 auf, der zum Regulieren von Energie 50, die von der Empfängerschaltung 30 über das TPC 40 bereitgestellt wird, konfiguriert ist. Die Senderschaltung 20 kann als eine integrierte Schaltung konfiguriert sein, die eine galvanische Isolation zwischen der Senderschaltung und der Empfängerschaltung bereitstellt.
Auf 1 beziehend fortfahrend weist das TPC 40 eine Impedanz Z₀ auf, die damit assoziiert ist. Terminierungswiderstände bzw. Abschlusswiderstände 62 und 64 sind mit Terminierungs- bzw. Abschluss- bzw. Anschlussenden der ersten und zweiten elektrischen Leiter 42 und 44 in der Senderschaltung 20 betreibbar gekoppelt, und in bevorzugten Ausführungsbeispielen weist jeder eine Impedanz von ungefähr Z₀/2 auf. In ähnlicher Weise sind Quell- bzw. Ursprungs- bzw. Eingangswiderstände 66 und 68 mit Quellenden bzw. Ursprungsenden bzw. Eingangsenden der ersten und zweiten elektrischen Leiter 42 und 44 in der Empfängerschaltung 30 betreibbar gekoppelt, wo jeder Eingangswiderstand eine Impedanz von ungefähr Z₀/2 aufweist. In dem Ausführungsbeispiel gezeigt in 1 ist eine repräsentative Impedanz für Z₀ zwischen ungefähr 100 und ungefähr 110 Ohm, und somit haben die Widerstände 62, 64, 66 und 68 Werte von ungefähr 50 bis 55 Ohm, und die Phantomenergie 50 hat eine repräsentative DC-Spannung von ungefähr 3,3 bis ungefähr 3,5 V. Somit ist die durchschnittliche DC-Energieversorgungsspannung, die auf jedem der Leiter 42 und 44 zwischen der Abschirmung 49 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 Isolator 10 gut balanciert bzw. ausgeglichen ist, wird wenig oder kein Strom durch solche Signale in der Abschirmung 49 induziert. Es wird nun gesehen werden, dass die Abschluss- und Eingangswiderstände 62, 64, 66 und 68 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 TPC 40) zu passen. Beachte, dass in 1 Pfeile 46 und 48 die Stromfließrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellen.
Während in 1 die Phantomenergie 50 zu der Senderschaltung 20 von der Empfängerschaltung 30 durch das TPC 40 bereitgestellt wird, und die Senderschaltung 20 zum Bereitstellen einer galvanischen Isolation zu dem Isolator 10 konfiguriert ist, können auch andere Konfigurationen zum Einsatz kommen, wie die Phantomenergie 50 bereitgestellt an die Empfängerschaltung 30 durch die Senderschaltung über das TPC 40, und/oder die Empfängerschaltung 30 konfiguriert zum Bereitstellen einer galvanischen Isolierung 70 zu dem Isolator 10. In jedem Fall muss die galvanische Isolation 70 in Übereinstimmung mit den zahlreichen Ausführungsbeispielen der Erfindung in dem digitalen Isolator 10 in einer oder beiden der Senderschaltung 20 und/oder der Empfängerschaltung 30 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 Senderschaltung 20 oder der Primärseite der Empfängerschaltung 30 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-Schnittstellen 22 und 32 jeweils in die Senderschaltung 20 und Empfängerschaltung 30 integriert bzw. eingearbeitet sind oder Teile von diesen bilden, und dass in noch weiter bevorzugten Ausführungsbeispielen LVDS-Schnittstellen 22 und 32 in eine oder mehrere integrierte Schaltungen integriert sind, oder einen Teil von diesen bilden, in die die Senderschaltung 20 und/oder die Empfängerschaltung 30 auch integriert sind. Beachte weiterhin, dass LVDS-Schnittstellen 22 und 32 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 in 1 und zugehörigen Ausführungsbeispielen, wie das Erhöhen der Rate, bei der Daten durch die Vorrichtung 10 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 Isolator 10, absenkbar sind, wodurch der Energieverbrauch reduziert werden kann.
Auf 1 beziehend fortfahrend ist in manchen Ausführungsbeispielen der Hochgeschwindigkeits-Digital-Isolator 10 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 TPC 40 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-Sender 12 eine LVDS-Schnittstelle 22, einen galvanischen Isolator 70 und eine Senderschaltung 20 aufweist und ein Hochgeschwindigkeits-Digital-Empfänger 14 eine Empfängerschaltung 30, einen galvanischen Isolator 70 und eine LVDS-Schnittstelle 32 aufweist.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, wo mehrere Senderschaltungen 20 und korrespondierende LVDS-Schnittstellen 22 angeordnet sind und für einen Hochgeschwindigkeits-Digital-Empfänger 12 vorgesehen sind, und mehrere Empfängerschaltungen 30 und korrespondierende LVDS-Schnittstellen 32 angeordnet sind und für einen Hochgeschwindigkeits-Digital-Empfänger 14 vorgesehen sind.
4 und 5 zeigen Ausführungsbeispiele, wo Spannungsregulatoren 80 und Phantomenergieversorgungen zu einem TPC 40 in einem Hochgeschwindigkeits-Digital-Sender 12 und einem Hochgeschwindigkeits-Digital-Empfänger 14 jeweils verbunden sind, um dahin Gleichtaktenergieversorgungen bereitzustellen.
6 und 7 zeigen Ausführungsbeispiele, wo Hochgeschwindigkeits-Sendeempfänger 16 beide Senderschaltungen 20 und Empfängerschaltungen 30 zusammen jeweils mit LVDS-Schnittstellen 22 und 32 aufweisen.
Phantomenergieversorgungen sind in dem Ausführungsbeispiel des Sendeempfängers 16 dargestellt in 6 bereitgestellt.
8 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches besonders gut eingerichtet ist, um eine Hochgeschwindigkeits-Seriellkommunikation von Daten zuzulassen, wo der Serialisierer 120 betreibbar mit einem Hochgeschwindigkeits-Digital-Isolator 10 verbunden ist, der im Gegenzug zu einem Deserialisierer 130 betreibbar verbunden ist. Wie gezeigt verbindet eine LVDS-Schnittstelle 22, eingebaut in den Isolator 10, den Serialisierer 120 betreibbar mit dem Isolator 10 und LVDS 32, eingebaut im Isolator 10, verbindet den Deserialisierer betreibbar mit dem Isolator 10. Dieses Ausführungsbeispiel erlaubt es, eine galvanische Isolation zwischen dem Serialisierer 120 und dem Deserialisierer 130 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 in 8 die Probleme, die von unabhängigen Signalpfaden entstehen, die Augenverzerrung aufgrund von Zeitverzögerung und Schwellwertspannungsvariationen einführen. Das Ausführungsbeispiel dargestellt in 8 kann auch so implementiert werden, dass der digitale Isolator 10 kein TPC 40 aufweist, und es stattdessen einem digital galvanischen Isolator erlaubt, zwischen dem Serialisierer 120 und dem Deserialisierer 130 angeordnet zu werden, der darin eingebaut LVDS-Schnittstellen 22 und 32 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-Schnittstellen 41 und 43 verbunden zu werden, die miteinander durch ein TPC 40 verbunden sind. Wie in 9 gezeigt, kann die Phantomenergie in jede Richtung durch das TPC 40 zugeführt werden. Gesendete bzw. übertragene Signale 46/48 werden in einer ersten Richtung durch die LVDS-Schnittstelle 41, das TPC 40 und die LVDS-Schnittstelle 43 übermittelt. Empfangene Signale 34/36 werden in einer entgegengesetzten zweiten Richtung durch die LVDS-Schnittstelle 43, das TPC 40 und die LVDS-Schnittstelle 41 übermittelt. Die Phantomenergie wird je nachdem entlang derselben Leiter wie die gesendeten Signale 46/48 oder die empfangenen Signale 34/36 zugeführt. Ein Pfad zur elektrischen Masse ist durch Masse 53 bereitgestellt. Beachte, dass modifizierte IEEE 1384 Verbinder bzw. Stecker verwendet werden können, um in die LVDS-Schnittstellen 41 und 43 einzustecken.
10 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines MOST („Media Oriented System Transport” bzw. „Medien orientierter Systemtransport”) Systems 100, das besonders wirksame Anwendung in Automobilen findet. Das System 100 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 MOST 25, MOST 50 und MOST 150. In dem System 100 gezeigt in 10 agiert beispielsweise ein MOST 50 Ring als ein Datenbus, der organisiert und digitale Signale zu verschiedenen Teilen des Systems 100 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 System 100, 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 Systems 100 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
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Zitierte Patentliteratur

- US 7348805 [0005]
- WO 96/26590 [0005]

Claims

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.