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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schnittstellenanordnung umfassend eine erste Schnittstelle, über die eine erste Leistungsversorgung bereitstellbar ist, und wenigstens eine zweite Schnittstelle, über die wenigstens eine zweite Leistungsversorgung bereitstellbar ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Computersystem umfassend eine derartige Schnittstellenanordnung, sowie ein Verfahren für eine solche Schnittstellenanordnung.
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Schnittstellenanordnungen mit mehreren Schnittstellen, beispielsweise in Computersystemen oder sonstigen elektronischen Geräten, über die jeweils eine Leistungsversorgung für ein angeschlossenes Gerät bereitstellbar ist, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Derartige Schnittstellen sind beispielsweise USB-Schnittstellen, FireWire-Schnittstellen, Lightning-Schnittstellen, etc. Mit fortschreitender Entwicklung von Computertechnik steigen die Leistungsbeträge, die über solche Schnittstellen bereitgestellt und von angeschlossenen Geräten in Anspruch genommen werden.
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Durch die oben beschriebene Leistungsbereitstellung an den Schnittstellen kann es zu Leistungsengpässen in einem Computersystem kommen, die zu einem Systemabsturz führen können. Dies ist insbesondere der Fall, wenn eine Vielzahl von Schnittstellen an einem Computersystem angebracht sind und so ein Vielfaches der jeweils an einer einzelnen Schnittstelle bereitgestellten Leistung abgegriffen werden kann. Des Weiteren treten Leistungsengpässe insbesondere dann auf, wenn ein Computersystem mit derartigen Schnittstellen ein Netzteil mit einer begrenzten Ausgangsleistung aufweist, wie es zum Beispiel bei sogenannten All-In-One-PCs, Laptops, oder vergleichbaren Geräten der Fall ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schnittstellenanordnung, ein Computersystem, sowie ein Verfahren zu beschreiben, die das oben genannte Problem lösen oder mindern.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die oben genannte Aufgabe durch eine Schnittstellenanordnung gelöst. Die Schnittstellenanordnung umfasst eine erste Schnittstelle, über die eine erste Leistungsversorgung bereitstellbar ist, wenigstens eine zweite Schnittstelle, über die wenigstens eine zweite Leistungsversorgung bereitstellbar ist, und eine Steuervorrichtung. Die erste Schnittstelle ist an die Steuervorrichtung mittels eines Verbinders eines ersten oder eines zweiten Typs angeschlossen. Die Steuervorrichtung ist dazu eingerichtet, zu erkennen, ob die erste Schnittstelle an die Steuervorrichtung mittels dem Verbinder des ersten Typs oder des zweiten Typs angeschlossen ist. Die Steuervorrichtung ist ferner dazu eingerichtet, die bereitstellbare wenigstens eine zweite Leistungsversorgung an der wenigstens einen zweiten Schnittstelle in Abhängigkeit des erkannten Typs des Verbinders zu beschränken.
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Vorteilhaft hierbei ist es, dass die bereitstellbare wenigstens eine zweite Leistungsversorgung an der wenigstens einen zweiten Schnittstelle in Abhängigkeit des verwendeten Typs des Verbinders reduziert wird. Auf diese Weise ist die bereitstellbare Leistung an der wenigstens einen zweiten Schnittstelle wahlweise auf einen vorbestimmten maximalen Wert festlegbar. Je nach Konfiguration der Schnittstellenanordnung und Wahl eines entsprechenden Verbinders kann somit verhindert werden, dass eine zu hohe Leistung über die Schnittstellenanordnung abgegriffen wird.
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Zudem ist die hier gezeigte Lösung eine hardwarebasierte, sichere Möglichkeit, die wenigstens eine zweite bereitstellbare Leistungsversorgung zu beschränken. Eine solche hardwarebasierte Beschränkung der über die wenigstens eine zweite Schnittstelle abgebbare Leistung stellt eine deutlich fehlerresistentere Lösung dar, als alternative - softwarebasierte - Lösungen, oder sonstige Handshake-Verfahren. Außerdem ist die hier erzielte Beschränkung der Leistungsabgabe über die wenigstens eine zweite Schnittstelle reversibel - durch ein Austauschen des Typs des verwendeten Verbinders - was eine höhere Flexibilität gegenüber Systemen mit starrer Limitierung der Leistungsabgabe pro Schnittstelle gewährleistet.
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In wenigstens einer Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Schnittstelle an die Steuervorrichtung mittels dem Verbinder des ersten Typs angeschlossen, wenn es sich bei der ersten Schnittstelle um eine Schnittstelle eines ersten Typs handelt. Die erste Schnittstelle ist an die Steuervorrichtung mittels dem Verbinder des zweiten Typs angeschlossen, wenn es sich bei der ersten Schnittstelle um eine Schnittstelle eines zweiten Typs handelt. An der Schnittstelle des ersten Typs ist eine höhere maximale Leistungsversorgung bereitstellbar als an der Schnittstelle des zweiten Typs. Die Steuervorrichtung ist dazu eingerichtet, die wenigstens eine zweite Leistungsversorgung zu beschränken, wenn der Verbinder des ersten Typs erkannt wurde.
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Vorteilhaft hierbei ist es, dass die Leistungsversorgung über die wenigstens eine zweite Schnittstelle dann beschränkt wird, wenn die erste Schnittstelle bereits eine vergleichsweise hohe Leistungsversorgung ermöglicht. Ein Peripheriegerät, welches eine hohe Leistung beansprucht, kann in diesem Fall an die erste Schnittstelle angeschlossen werden - weitere Peripheriegeräte oder systeminterne Verbraucher, die mit geringerer Leistung betrieben werden können, können in diesem Fall an die wenigstens eine zweite Schnittstelle angeschlossen werden.
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In wenigstens einer Ausgestaltung ist die Schnittstelle des ersten Typs eine USB-Typ-C Schnittstelle und die Schnittstelle des zweiten Typs eine USB-Typ-A oder eine USB-Typ-B Schnittstelle.
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An USB-Typ-A und Typ-B Schnittstellen können, je nach verwendeter Spezifikation, bis zu 7,5 Watt bereitgestellt werden. An USB-Typ-C Schnittstellen können bis zu 15 Watt, bei Verwendung von USB-Power-Delivery sogar bis zu 100 Watt, bereitgestellt werden.
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In wenigstens einer Ausgestaltung ist der Verbinder über einen Gegenverbinder an die Steuervorrichtung angeschlossen. Die Steuervorrichtung umfasst einen Mikrocontroller. Ein erster Kontakt des Gegenverbinders ist an einen Eingabekontaktstift des Mikrocontrollers angeschlossen. Der Verbinder des ersten Typs ist derart ausgestaltet, dass, wenn der Verbinder des ersten Typs an den Gegenverbinder angeschlossen ist, der erste Kontakt des Gegenverbinders geerdet ist, sodass an dem Eingabekontaktstift des Mikrocontrollers ein „low“-Signal anliegt. Der Verbinder des zweiten Typs ist derart ausgestaltet, dass, wenn der Verbinder des zweiten Typs an den Gegenverbinder angeschlossen ist, der erste Kontakt des Gegenverbinders frei ist, sodass an dem Eingabekontaktstift des Mikrocontrollers ein über eine Hilfsspannung und einen Pullup-Widerstand erzeugtes „high“-Signal anliegt.
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Vorteilhaft hierbei ist es, dass eine derartige Ausgestaltung des Verbinders des ersten bzw. des zweiten Typs jeweils eine einfache und kostengünstige Lösung darstellen, anhand derer der Mikrocontroller den jeweiligen Typ des Verbinders erkennen kann. Der Verbinder ist insbesondere ein Verbinder, der zusätzlich für eine Bereitstellung der ersten Leistungsversorgung sowie einen Datenverkehr über die erste Schnittstelle verwendet wird. Ein solcher Verbinder umfasst einen Erdungskontakt, der hier verwendet wird, um den ersten Kontakt des Gegenverbinders, im Falle des eingesetzten Verbinders des ersten Typs, zu erden.
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In wenigstens einer Ausgestaltung ist die erste Schnittstelle an einem Gehäuse, insbesondere einem Frontpanel, eines Computersystems angeordnet. Der Verbinder des ersten bzw. zweiten Typs ist ein Frontpanel-Kabel eines ersten bzw. zweiten Typs.
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Vorteilhaft hierbei ist es, dass an einer solchen ersten Schnittstelle häufig von einem Benutzer eines Computersystems bevorzugte Peripheriegeräte angeschlossen werden, wie zum Beispiel Mobiltelefone, Tablet-Computer, etc. Zum Beispiel für ein schnelles Aufladen ist in diesem Fall eine Sicherstellung einer hohen ersten Leistungsversorgung vorteilhaft. Ist eine hohe erste Leistungsversorgung bereitgestellt, so ist die Beschränkung der wenigstens einen zweiten Leistungsversorgung vorteilhaft.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die oben genannte Aufgabe durch ein Computersystem gelöst, welches eine Schnittstellenanordnung gemäß dem ersten Aspekt umfasst.
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Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird die oben genannte Aufgabe durch ein Verfahren für eine Schnittstellenanordnung gemäß dem ersten Aspekt gelöst. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- - Verbinden der ersten Schnittstelle mit der Steuervorrichtung mittels des Verbinders des ersten Typs oder des zweiten Typs,
- - Erkennen, mittels der Steuervorrichtung, ob die erste Schnittstelle mit der Steuervorrichtung mittels des Verbinders des ersten Typs oder des zweiten Typs verbunden ist, und
- - Beschränken, mittels der Steuervorrichtung, der über die wenigstens eine zweite Schnittstelle bereitgestellten wenigstens einen zweiten Leistungsversorgung, falls der Verbinder des zweiten Typs erkannt wurde.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und entsprechende Vorteile des zweiten und des dritten Aspekts entsprechen im Wesentlichen den Ausgestaltungen und Vorteilen des ersten Aspekts.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den angehängten Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung der angehängten Figuren beschrieben. In den Figuren werden für Elemente mit im Wesentlichen gleicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet, diese Elemente müssen jedoch nicht in allen Einzelheiten identisch sein.
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In den Figuren zeigen:
- 1 eine Zeichnung eines Computersystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 2 eine Zeichnung einer Schnittstellenanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer ersten Konfiguration,
- 3 eine Zeichnung der Schnittstellenanordnung gemäß 2 in einer zweiten Konfiguration, und
- 4 ein Flussdiagram eines Verfahrens für eine Schnittstellenanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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1 zeigt eine Zeichnung eines Computersystems 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Computersystem 1 weist ein Gehäuse 2 auf, wobei an einer Vorderseite 3 des Computersystems 1 ein Frontpanel 4 an dem Gehäuse 2 angebracht ist.
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An dem Frontpanel 4 befindet sich ein Einschalttaster 5 für das Computersystem 1, sowie eine erste Schnittstelle 6 einer Schnittstellenanordnung 7 des Computersystems 1. Die erste Schnittstelle 6 ist in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel eine USB-Schnittstelle, kann aber auch eine beliebige andere Schnittstelle sein, über die eine Leistungsversorgung bereitstellbar ist. Das Frontpanel 4 kann weitere Elemente aufweisen, die hier nicht gezeigt sind.
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Das Frontpanel 4 ist über ein Frontpanel-Kabel 8 an einen Frontpanel-Anschluss 9 auf einer Systemplatine 10 des Computersystems 1 angeschlossen. Über das Frontpanel-Kabel 8 werden für die Elemente des Frontpanels 4, wie beispielsweise der Einschalttaster 5 und die erste Schnittstelle 6, Leistungsversorgungen bereitgestellt, sowie ein Datenverkehr mit diesen Elementen verwirklicht. Für die erste Schnittstelle 6, beispielsweise, umfasst das Frontpanel-Kabel 8 mehrere Datenleitungen, über die ein Datenaustausch mit an die erste Schnittstelle 6 angeschlossenen Peripheriegeräten verwirklicht wird. Ferner umfasst das Frontpanel-Kabel 8 für die erste Schnittstelle 6 wenigstens eine Leitung zum Bereitstellen einer Leistung und wenigstens eine Erdungsleitung. Das Frontpanel-Kabel 8 wird detailliert mit Bezug auf 2 und 3 beschrieben.
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Auf der Systemplatine 10 ist ferner eine Steuervorrichtung 11 angebracht, an die in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel zwei zweite Schnittstellen 12 angeschlossen sind. Die zweiten Schnittstellen 12 sind beispielsweise ebenfalls USB-Schnittstellen, können aber auch beliebige andere Schnittstellen sein, über die eine Leistungsversorgung für angeschlossene Geräte bereitstellbar ist. Hier gezeigt sind die zweiten Schnittstellen 12 als externe Schnittstellen, es können aber selbstverständlich auch interne Schnittstellen des Computersystems 1 sein, an die interne Verbraucher des Computersystems 1 angeschlossen sind. Die zweiten Schnittstellen 12 können auch unmittelbar auf der Systemplatine 10 angebracht sein. Eine Verschaltung zwischen der Steuervorrichtung 11, den zweiten Schnittstellen 12 und dem Frontpanel-Anschluss 9 ist in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel „on-board“ auf der Systemplatine 10 angeordnet.
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Funktionen und weitere Details der Erfindung werden im Folgenden mit Bezug auf 2 und 3 beschrieben.
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Die 2 und 3 zeigen je eine Zeichnung einer Schnittstellenanordnung 7 gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung. Bei der Schnittstellenanordnung 7 gemäß 2 und 3 handelt es sich beispielsweise um die Schnittstellenanordnung 7 des Computersystems 1 gemäß 1. 2 zeigt eine erste Konfiguration und 3 eine zweite Konfiguration der Schnittstellenanordnung 7.
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Die Schnittstellenanordnung 7 gemäß 2 und 3 zeigt jeweils eine erste Schnittstelle 6a, 6b, einen Frontpanel-Anschluss 9, eine Steuervorrichtung 11, und eine zweite Schnittstelle 12. Die zweite Schnittstelle 12 ist hier eine USB-Typ-C Schnittstelle, über die eine Leistung von bis zu 15 Watt für angeschlossene Geräte bereitgestellt werden kann. Gezeigt ist hier nur eine zweite Schnittstelle 12, die Schnittstellenanordnung 7 kann aber selbstverständlich mehrere weitere zweite Schnittstellen 12 umfassen, welche ebenfalls USB-Typ-C oder andere Schnittstellentypen sein können.
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Die Steuervorrichtung 11 umfasst einen Mikrocontroller 13 und einen Schnittstellencontroller 14, der dazu eingerichtet ist, eine Leistungsversorgung über die zweite Schnittstelle 12 zu steuern. Ein solcher Schnittstellencontroller 14 ist auch bekannt, im Falle von USB-Schnittstellen, als USB-Powercontroller.
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Der Frontpanel-Anschluss 9 weist mehrere Kontakte auf, von denen hier zwei gezeigt sind. Ein erster Kontakt 15 des Frontpanel-Anschlusses 9 ist an einen Eingabekontaktstift 16, auch bekannt als Allzweckeingabe-Kontaktstift (engl.: general purpose input-pin, GPI-Pin) des Mikrocontrollers 13 angeschlossen. Ein zweiter Kontakt 17 des Frontpanel-Anschlusses 9 ist geerdet. Der Mikrocontroller 13 weist ferner einen Ausgabekontaktstift 18 auf, auch bekannt als Allzweckausgabe-Kontaktstift (engl.: general purpose outputpin, GPO-Pin), über den der Mikrocontroller 13 an den Schnittstellencontroller 14 angeschlossen ist. An die Verbindung zwischen Frontpanel-Anschluss 9 und Mikrocontroller 13 ist eine Hilfsspannung über einen ersten Pullup-Widerstand 19 zwischengeschaltet und an die Verbindung zwischen Mikrocontroller 13 und Schnittstellencontroller 14 ist eine Hilfsspannung über einen zweiten Pullup-Widerstand 20 zwischengeschaltet. Die Pullup-Widerstände 19, 20 sind so dimensioniert, dass, mittels der Hilfsspannung, im hier gezeigten Beispiel 3 Volt-Hilfsspannungen, für den Mikrocontroller 13 bzw. den Schnittstellencontroller 14 auslesbare digitale „high“-Signale erzeugt werden, wenn die jeweiligen Verbindungen nicht geerdet sind.
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Die jeweilige erste Schnittstelle 6a, 6b ist mit dem Frontpanel-Anschluss 9 in beiden 2 und 3 jeweils über ein Frontpanel-Kabel 8a, 8b verbunden, welches je nach Konfiguration der Schnittstellenanordnung 7 unterschiedlich ausgestaltet ist.
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2 zeigt die Schnittstellenanordnung 7 in einer ersten Konfiguration mit der ersten Schnittstelle 6a und dem Frontpanel-Kabel 8a. Die erste Schnittstelle 6a ist in diesem Ausführungsbeispiel eine USB-Typ-C Schnittstelle, die eine hohe Leistungsversorgung von bis zu 15 Watt bereitstellen kann. Das Frontpanel-Kabel 8a verbindet einen Erdungskontakt der ersten Schnittstelle 6 mit dem geerdeten zweiten Kontakt 17 des Frontpanel-Anschlusses 9. Zusätzlich verbindet das Frontpanel-Kabel 8a in der ersten Konfiguration den geerdeten zweiten Kontakt 17 mit dem ersten Kontakt 15, sodass die Verbindung zwischen dem erstem Kontakt 15 des Frontpanel-Anschlusses 9 und dem Eingabekontaktstift 16 des Mikrocontrollers 13 geerdet ist. Auf diese Weise wird ein Detektierungssignal an dem Eingabekontaktstift 16 auf ein „low“-Signal gezogen.
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3 zeigt die Schnittstellenanordnung 7 in einer zweiten Konfiguration mit der ersten Schnittstelle 6b und dem Frontpanel-Kabel 8b. Die erste Schnittstelle 6b ist in diesem Ausführungsbeispiel eine USB-Typ-A, oder USB-Typ-B Schnittstelle, die eine vergleichsweise geringere Leistungsversorgung von bis zu 7,5 Watt bereitstellen kann. Das Frontpanel-Kabel 8b verbindet einen Erdungskontakt der ersten Schnittstelle 6 mit dem geerdeten zweiten Kontakt 17 des Frontpanel-Anschlusses 9. Das Frontpanel-Kabel 8b in der zweiten Konfiguration verbindet den geerdeten zweiten Kontakt 17 nicht mit dem ersten Kontakt 15, sondern der erste Kontakt 15 ist offen, sodass die Verbindung zwischen dem erstem Kontakt 15 des Frontpanel-Anschlusses 9 und dem Eingabekontaktstift 16 des Mikrocontrollers 13 nicht geerdet ist. Auf diese Weise wird das Detektierungssignal an dem Eingabekontaktstift 16 mittels der Hilfsspannung von 3 Volt und dem ersten Pullup-Widerstand 19 auf ein „high“-Signal gezogen.
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In der ersten Konfiguration, gemäß 2, legt der Mikrocontroller 13 ein „low“-Signal an den Ausgabekontaktstift 18 an. Mit diesem wird dem Schnittstellencontroller 14 signalisiert, eine Leistungsabgabe über die zweite Schnittstelle 12 zu beschränken. Der Schnittstellencontroller 14 beschränkt, entsprechend dem hier gezeigten Beispiel, einen maximal über die zweite Schnittstelle 12 abgegebenen Strom gemäß USB-Spezifikation auf 0,9 Ampere oder 1,5 Ampere, sodass bei einer Spannung von 5 Volt eine maximale Leistungsabgabe von 4,5 Watt bzw. 7,5 Watt möglich ist.
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In der zweiten Konfiguration, gemäß 3, legt der Mikrocontroller 13 ein „high“-Signal an den Ausgabekontaktstift 18 an. Mit diesem wird dem Schnittstellencontroller 14 signalisiert, eine Leistungsabgabe über die zweite Schnittstelle 12 nicht zu beschränken. Der Schnittstellencontroller 14 erlaubt, entsprechend dem hier gezeigten Beispiel, einen maximal über die zweite Schnittstelle 12 abgegebenen Strom gemäß USB-Spezifikation von 3 Ampere, sodass bei einer Spannung von 5 Volt eine maximale Leistungsabgabe von 15 Watt möglich ist. Alternativ wäre es hier auch möglich, die an dem Eingabekontaktstift 16 angelegten Detektierungssignale an den Schnittstellencontroller 14 anzulegen. Die Erkennung der Frontpanel-Kabel 8a, 8b und die entsprechende Beschränkung der Leistungsabgabe über die zweite Schnittstelle 12, könnte selbstverständlich auch umgekehrt verwirklicht werden.
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4 zeigt ein Flussdiagram eines Verfahrens für eine Schnittstellenanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Schnittstellenanordnung umfasst eine erste Schnittstelle, über die eine erste Leistungsversorgung bereitstellbar ist, wenigstens eine zweite Schnittstelle, über die wenigstens eine zweite Leistungsversorgung bereitstellbar ist, und eine Steuervorrichtung. Das Verfahren eignet sich beispielsweise für die Schnittstellenanordnung 7 gemäß der 1 bis 3.
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In einem ersten Schritt 100 wird die erste Schnittstelle mit der Steuervorrichtung mittels eines Verbinders eines ersten Typs oder eines zweiten Typs verbunden.
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In einem zweiten Schritt 200 erkennt die Steuervorrichtung, ob die erste Schnittstelle mit der Steuervorrichtung mittels des Verbinders des ersten Typs oder des zweiten Typs verbunden ist.
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In einem dritten Schritt 300 beschränkt die Steuervorrichtung die über die wenigstens eine zweite Schnittstelle bereitstellbare wenigstens einen zweiten Leistungsversorgung, falls der Verbinder des zweiten Typs erkannt wurde.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Computersystem
- 2
- Gehäuse
- 3
- Vorderseite
- 4
- Frontpanel
- 5
- Einschalttaster
- 6, 6a, 6b
- erste Schnittstelle
- 7
- Schnittstellenanordnung
- 8, 8a, 8b
- Frontpanel-Kabel
- 9
- Frontpanel-Anschluss
- 10
- Systemplatine
- 11
- Steuervorrichtung
- 12
- zweite Schnittstelle
- 13
- Mikrocontroller
- 14
- Schnittstellencontroller
- 15
- erster Kontakt
- 16
- Eingabekontaktstift
- 17
- zweiter Kontakt
- 18
- Ausgabekontaktstift
- 19
- erster Pullup-Widerstand
- 20
- zweiter Pullup-Widerstand
- 100 - 300
- Verfahrensschritte
