DE10249364B4

DE10249364B4 - Einrichtung zum Umschalten der Richtung der Signalübertragung für den USB (Universal Serial Bus)

Info

Publication number: DE10249364B4
Application number: DE2002149364
Authority: DE
Inventors: Detlev Dipl.-Ing. Müller; Ralf Lange
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-10-17
Filing date: 2002-10-17
Publication date: 2007-05-03
Anticipated expiration: 2022-10-18
Also published as: DE10249364A1

Abstract

Einrichtung zum Umschalten der Richtung der Signalübertragung für den USB (Universal Serial Bus), dadurch gekennzeichnet,
– dass zwischen den Anschlüssen sowohl „Senden ein" (4, 6) als auch Bussensor (5, 7) von zwei über die Leitungen zur Signalübertragung (8a, 8b) miteinander verbundener Buskoppler (1, 2) eine Schaltung zur Arbitrierung (3) geschalten ist, wobei jeweils die Ausgänge der Buskoppler (1, 2) über einen zustandsgesteuerten Schalter als Schaltung zur Arbitrierung (3) mit dem Sende-/Empfangs-Steueranschluss des jeweilig anderen Busopplers (2, 1) so zusammengeschaltet ist,
– dass im Ruhezustand (nach SE0) die Buskoppler (1, 2) jeweils im Zustand „Empfangen" und bei Erkennen der ersten von einem Buskoppler (1, 2) detektierten Signalflanke der andere Buskoppler (2, 1) bis zum Erkennen von SE0 in den Zustand „Senden" geschalten ist, wobei die Verzögerungszeit der Signalübertragung größer als die Schaltzeit der Schaltung zur Arbitrierung (3) in den Zustand „Senden" ist, und
– dass am Ende des...

Description

Die Erfindung betrifft Einrichtungen zum Umschalten der Richtung der Signalübertragung für den USB (Universal Serial Bus).
Bekannterweise ist der USB (Universal Serial Bus) eine Vier-Draht-Verbindung, wobei ein verdrilltes Leitungspaar der Signalübertragung dienen und die beiden anderen Verbindungen ein Stromkabel und die Kabelmasse sind. Die Signalübertragung erfolgt in synchroner oder asynchroner Betriebsart, wobei bis zu 127 gleichzeitig laufende Geräte an einen Computer angeschlossen sein können.

In der DE 100 83 913 T1 (Höhere Raten unterstützender USB-Sendeempfänger) sind die Sendeempfänger so ausgelegt, dass diese Signale mit einer höheren als der Standard-USB-Spezifikation gesendet und empfangen werden können. Dabei können sich die Sendeempfänger selber konfigurieren. Diese Lösung bezieht sich auf die Hochgeschwindigkeitsübertragung oder Hochgeschwindigkeitskommunikation in Rechner- oder Computersystemen. Aus der Druckschrift US 6 363 085 B1 (Universal serial bus repeater) ist eine Einrichtung zum Umschalten der Richtung der Signalübertragung für den USB-Bus bekannt, indem ein sendender Buskoppler erkannt wird und ein zweiter Buskoppler auf Empfang geschaltet wird. Dabei ist zwischen Anschlüssen von zwei miteinander verbundenen Buskopplern eine Schaltung zur Arbitrierung vorhanden, die so geschaltet ist, dass die erste Flanke eines ankommenden Signals an einem Buskoppler den anderen Buskoppler in den Zustand „Senden" schaltet und dass dieser Buskoppler bis zum Erkennen von SE0 am empfangenden anderen Buskoppler in diesem Zustand bleibt. Die beiden Buskoppler sind über Leitungen zur Signalübertragung miteinander verbunden.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Richtungsumschaltung der Signalübertragung bei einem USB mit einem minimalen Aufwand und weitestgehender Protokollunabhängigkeit zu gewährleisten.

Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.

Die Einrichtungen zum Umschalten der Richtung der Signalübertragung für den USB (Universal Serial Bus) zeichnen sich insbesondere durch die Möglichkeit ihrer einfachen schaltungstechnischen Realisierung aus. Das wird vorteilhafterweise durch das Umschalten in einer unteren Protokollschicht erreicht.

Der USB ist bekannterweise eine einfache Vier-Draht-Verbindung. Die Signalübertragung erfolgt über ein verdrilltes Leitungspaar D+ und D–. Die beiden anderen Verbindungen stellen ein Stromkabel und die Kabelmasse dar. Über den USB werden eine hohe Datenrate und eine effektive Protokollorganisation gewährleistet. Über das einzige verdrillte Leitungspaar werden die Daten in synchroner oder asynchroner Betriebsart übertragen. Der USB erlaubt weiterhin den Einsatz von bis zu 127 gleichzeitig laufenden Geräten für einen Computer.

Ein Umschalten in einer niedrigen Protokollschicht wird dadurch erreicht, dass zwischen den Anschlüssen sowohl „Senden ein" als auch Bussensor von zwei über die Leitungen zur Signalübertragung miteinander verbundener Buskoppler eine Schaltung zur Arbitrierung so geschalten ist, dass die erste Flanke eines ankommenden Signals an einem der Buskoppler den anderen Buskoppler in den Zustand „Senden" schaltet und dass dieser Buskoppler bis zum Erkennen von SE0 am empfangenden anderen Buskoppler in diesem Zustand bleibt, wobei das Schalten zur Signalübertragung unabhängig von Signalen oder Funktionen höherer Protokollschichten wenigstens eines an einen Buskoppler geschalteten Gerätes ist. Die Signalübertragung erfolgt dann zu diesem in den Zustand „Senden" geschalteten Buskoppler vom anderen Buskoppler, der im Zustand „Empfangen" verblieben ist.

In der Arbitrierungs-Phase wird damit festgelegt welches Gerät als nächstes seine Informationen über den USB überträgt. Dazu überwacht die Schaltung zur Arbitrierung über die Buskoppler beide Enden des USB. Im Grundzustand sind beide Richtungen der Signalübertragung auf „Empfang" geschalten. Eine Sendeanforderung eines Gerätes dient dem Schalten eines Buskopplers in den Zustand „Senden" bis SE0 erkannt wird. Bei SE0 wird dieser Buskoppler wieder in den Zustand „Empfangen" geschaltet. Erst danach schaltet dasselbe oder ein weiteres Gerät über dessen Sendeanforderung wiederum einen der Buskoppler in den Zustand „Senden", wobei der andere im Zustand „Empfangen" verbleibt.

Ein solches Vorgehen ist möglich, da der Bus ausschließlich Host-gesteuert arbeitet (Master-Slave-Prinzip), dass heißt es sendet stets nur ein Busteilnehmer, und ein Slave sendet nur nach Aufforderung; es sendet daher entweder der Host (= Wurzel des Hierarchie-Baumes) oder ein vom Host dazu aufgeforderter Busteilnehmer.

Die Verzögerungszeit der Signalübertragung ist dabei größer als die Schaltzeit der Schaltung zur Arbritation bis zum Zustand „Senden", so dass eine vollständige Signalübertragung gesichert ist. Der angeforderte Buskoppler wird dadurch vor der Signalübertragung in den Zustand „Senden" geschaltet, so dass eine vollständige Signalübertragung zum anderen Buskoppler erfolgt.

Die Schaltung zur Arbitrierung sind zustandsgesteuerte Schalter, wobei jeweils die Ausgänge der Buskoppler über jeweils einen zustandsgesteuerten Schalter mit dem Steueranschluss des jeweilig anderen Buskopplers zusammengeschaltet ist. Eine derartige Realisierung gewährleistet das Schalten der Buskoppler in einer niedrigen Protokollschicht und stellt gleichzeitig eine sehr einfachen und unkomplizierten Aufbau dar.

Weiterhin sind vorteilhafterweise die Anschlüsse VP (Sendesignal) und VM (Sendesignal, negiert) der Buskoppler mit den Eingängen jeweils einer Auswerteschaltung und die Ausgänge der Auswerteschaltungen mit jeweils dem Eingang des zustandsgesteuerten Schalters zusammengeschaltet.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 angegeben.

Günstige Ausgestaltungen sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 2 für die zustandsgesteuerten Schalter Flip-Flops und für die Auswerteschaltungen Exklusiv-ODER-Gatter.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
1 eine prinzipielle Darstellung einer Einrichtung zum Umschalten der Richtung der Signalübertragung für den USB (Universal Serial Bus) und
2 eine Einrichtung zum Umschalten der Richtung der Signalübertragung für den USB (Universal Serial Bus).
Eine Einrichtung zum Umschalten der Richtung der Signalübertragung für den USB (Universal Serial Bus) besteht aus einer Schaltung zur Arbitrierung 3, die zwischen den Anschlüssen sowohl „Senden ein" 4, 6 als auch Bussensor 5, 7 von zwei über die Leitungen zur Signalübertragung 8a, 8b miteinander verbundener Buskoppler 1, 2 geschalten ist (Darstellung in der 1). Dabei gewährleistet die Schaltung zur Arbitrierung 3, dass die erste Flanke der Sende-anforderung einen der beiden Buskoppler 1, 2 in den Zustand „Senden" schaltet und dass dieser Buskoppler 1, 2 bis zum Erkennen von SE0 in diesem Zustand bleibt, wobei das Schalten zur Signalübertragung unabhängig von Signalen oder Funktionen wenigstens eines an den zweiten Buskoppler 2, 1 geschalteten Gerätes ist. Die Schaltung zur Arbitrierung 3 muss dabei gewährleisten, dass die Verzögerungszeit der Signalübertragung größer als die Schaltzeit der Schaltung zur Arbitrierung bis zum Zustand „Senden ein" ist.
Die Schaltung zur Arbitrierung 3 besteht im Wesentlichen aus zwei Flip-Flops 9, 11 als zustandsgesteuerte Schalter und zwei Exklusiv-ODER-Gatter 10, 12 als Auswerteschaltungen. Die Anschlüsse VP und VM des ersten Buskopplers 1 sind mit den Eingängen des ersten Exklusiv-ODER-Gatters 10, dessen Ausgang ist mit dem Eingang des ersten Flip-Flops 9 und dessen Ausgang ist mit dem Steueranschluss des zweiten Buskopplers 2 zusammengeschaltet. Die Anschlüsse VP und VM des zweiten Buskopplers 2 sind mit den Eingängen des zweiten Exklusiv-ODER-Gatters 12, dessen Ausgang ist mit dem Eingang des zweiten Flip-Flops 11 und dessen Ausgang ist mit dem Steueranschluss des ersten Buskopplers 1 zusammengeschaltet. Die 2 zeigt eine derartige Realisierung einer Einrichtung zum Umschalten der Richtung der Signalübertragung für den USB (Universal Serial Bus).
Dabei wird gewährleistet, dass im Zustand SE0 die Buskoppler 1, 2 jeweils im Zustand „Empfangen" geschalten sind, dass bei Erkennen der ersten L-H-Flanke an einem Buskoppler 1, 2 der andere Buskoppler 2, 1 bis zum Erkennen von SE0 in den Zustand „Senden" ge schalten ist und dass im Zustand SE0 über eine H-L-Flanke dieser Buskoppler 1, 2 in den Zustand „Empfangen" geschalten ist.

Claims

Einrichtung zum Umschalten der Richtung der Signalübertragung für den USB (Universal Serial Bus), dadurch gekennzeichnet, – dass zwischen den Anschlüssen sowohl „Senden ein" (4, 6) als auch Bussensor (5, 7) von zwei über die Leitungen zur Signalübertragung (8a, 8b) miteinander verbundener Buskoppler (1, 2) eine Schaltung zur Arbitrierung (3) geschalten ist, wobei jeweils die Ausgänge der Buskoppler (1, 2) über einen zustandsgesteuerten Schalter als Schaltung zur Arbitrierung (3) mit dem Sende-/Empfangs-Steueranschluss des jeweilig anderen Busopplers (2, 1) so zusammengeschaltet ist, – dass im Ruhezustand (nach SE0) die Buskoppler (1, 2) jeweils im Zustand „Empfangen" und bei Erkennen der ersten von einem Buskoppler (1, 2) detektierten Signalflanke der andere Buskoppler (2, 1) bis zum Erkennen von SE0 in den Zustand „Senden" geschalten ist, wobei die Verzögerungszeit der Signalübertragung größer als die Schaltzeit der Schaltung zur Arbitrierung (3) in den Zustand „Senden" ist, und – dass am Ende des Zustands SE0 über eine Schaltflanke dieser Buskoppler (2, 1) in den Zustand „Empfangen" geschalten ist, wobei das Schalten zur Signalübertragung unabhängig von Signalen oder Funktionen höherer Protokollschichten wenigstens eines an einen Buskoppler (1, 2) geschalteten Gerätes ist, und – dass die Anschlüsse VP (Sendesignal) und VM (Sendesignal, negiert) der Buskoppler (1, 2) mit den Eingängen einer Auswerteschaltung und dass der Ausgang der Auswerteschaltung mit dem Eingang des zustandsgesteuerten Schalters zusammengeschaltet sind.
Einrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zustandsgesteuerte Schalter ein Flip-Flop (9, 11) und dass die Auswerteschaltung ein Exklusiv-ODER-Gatter (10, 12) sind.