DE10337049A1

DE10337049A1 - Tragbares modulares Elektroniksystem

Info

Publication number: DE10337049A1
Application number: DE10337049A
Authority: DE
Inventors: William R. Fort Collins Haas; Kirk S. Greeley Tecu
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2002-11-27
Filing date: 2003-08-12
Publication date: 2004-06-24
Also published as: JP2004178585A; US20040100776A1; US6795318B2

Abstract

Ein tragbares modulares Elektroniksystem weist ein Steuerungsmodul, zumindest ein Speichermodul und zumindest ein Anwendungsmodul auf, die mit Bezug aufeinander mechanisch verbindbar und trennbar sind und zusammenpassende elektrische Verbinder zum Übermitteln von elektrischen Signalen zwischen Modulen umfassen, wenn die Module mechanisch verbunden sind.

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf Elektroniksysteme, und insbesondere auf tragbare modulare Elektroniksysteme.
Zahlreiche prozessorgesteuerte elektronische Anwendungen (auch als „Geräte" bezeichnet) wurden entwickelt, wie beispielsweise tragbare, digitale MP3-Audioabspielgeräte (MP3 = Moving Picture Experts Group Layer 3 Standard; Schicht-3-Komprimierungsstandard für Bewegtbilder und Ton), digitale Standbild- oder Videokameras, digitale Stimmaufzeichnungsgeräte und Personaldatenassistenten (PDAs). Einige dieser Anwendungen müssen in einem Personal-Computer (PC) eingesteckt werden um zu funktionieren, während andere alleinstehende, tragbare Vorrichtungen sind. Zum Beispiel sind MP3-Abspielgeräte tragbar mit eingebauten Festplattenspeichern. Jedoch können selbst derartige tragbare Vorrichtungen ohne einen dazwischenliegenden PC keine Schnittstelle mit anderen Anwendungen bilden und sind durch sich selbst auf eine einzige Anwendung begrenzt.
Es sind auch tragbare Datenspeichervorrichtungen erhältlich, wie beispielsweise das Pen Drive^TM-Speicherlaufwerk von KTI Networks, Inc., eine Plug-and-Play-Einheit, die automatisch als ein entfernbares Laufwerk erfaßt wird, wenn es in einen USB(Universalserienbus)-Port an einem Computer eingesteckt ist. Dasselbe kann verwendet werden, um Daten zu lesen, zu schreiben, zu kopieren, zu löschen und in oder aus einem Festplattenspeicher zu bewegen und kann MP3-Dateien abspielen, Anwendungen ausführen oder Videos zeigen. Dasselbe weist jedoch eine begrenzte Speicherkapazität auf, und das Gesamtsystem ist nicht tragbar, da dasselbe in einen Computer eingesteckt werden muß.
Tragbare Handhaltecomputer von Palm, Inc. weisen an der Unterseite einen Verbinder auf, der es Verbrauchern erlaubt, verschiedene Anwendungen einschnappend anzuschließen, wie beispielsweise eine Kamera, einen GPS-Empfänger (GPS = globales Positionierungssystem), eine Strichcodeabtastvorrichtung, ein Aufnahmegerät oder ein Modem. Jedoch sind dieselben auf lediglich eine einzige Anwendung zu einer Zeit begrenzt und es gibt lediglich eine Art, um die Anwendungsvorrichtung zu positionieren, bevor dieselbe hinzugefügt werden kann.
Steuerungen, die einem Paar von redundanten Festplatten zugeordnet sind, sind ebenfalls bekannt, wie beispielsweise das RAID-System (RAID = redundantes Array von Industrienorm-DIMMs (DIMMs = dual in-line memory modules)) von Compaq Computer Corporation. Wiederum jedoch sind derartige Systeme nicht tragbar. Wenn die Anwendung mit einer tragbaren Anwendung, wie beispielsweise einem MP3-Abspielgerät, verwendet wird, muß dieselbe mit der Steuerung/Speicher-Kombination verbunden sein, und verliert somit die Tragbarkeit derselben.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein tragbares modulares Elektroniksystem, ein Steuerungsmodul für ein tragbares modulares Elektroniksystem oder ein Anwendungsmodul für ein tragbares modulares Elektroniksystem zu schaffen, so daß mehrere unterschiedliche Anwendungen gleichzeitig unterstützt werden, bei einem hohen Maß an Flexibilität bei Auswahl, Abmessungen und Ausrichtungen derselben.
Diese Aufgabe wird durch ein tragbares modulares Elektroniksystem gemäß Anspruch 1, ein Steuerungsmodul gemäß Anspruch 13 oder ein Anwendungsmodul gemäß Anspruch 18 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist ein modulares System auf, bei dem ein Steuerungsmodul, zumindest ein Speichermodul und zumindest ein Anwendungsmodul mit Bezug aufeinander mechanisch verbindbar und trennbar sind und zusammenpassende elektrische Verbinder zu einem Übermitteln von elektrischen Signalen zwischen Modulen aufweisen, wenn die Module mechanisch verbunden sind.
Das Steuerungsmodul bei einem Ausführungsbeispiel umfaßt ein Gehäuse mit einer Steuerungselektronik innerhalb des Gehäuses und elektrische Verbinder an zumindest zwei unterschiedlichen Seiten des Gehäuses für eine elektrische Verbindung mit anderen Modulen des Systems, wobei die elektrischen Verbinder mit der Steuerungselektronik verbunden sind.
Ein Anwendungsmodul bei einem Ausführungsbeispiel umfaßt ein Gehäuse mit einer Anwendungselektronik innerhalb des Gehäuses und elektrische Verbinder an zumindest zwei unterschiedlichen Seiten des Gehäuses für eine elektrische Verbindung mit anderen Modulen, mit denen das Anwendungsmodul mechanisch verbunden ist, wobei die elektrischen Verbinder mit der Anwendungselektronik verbunden sind.
Diese und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden Fachleuten auf dem Gebiet aus der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 und 2 auseinandergezogene perspektivische Ansichten von zwei Ausführungsbeispielen eines tragbaren modularen Elektroniksystems gemäß der Erfindung;
3 ein Blockdiagramm, das die interne Organisation eines Ausführungsbeispiels eines Steuerungsmoduls im Verhältnis zu Speicher- und Anwendungsmodulen darstellt;
4 eine vereinfachte Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines Anwendungsmoduls, wie es beispielsweise in den 1 und 2 gezeigt ist; und
5 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines anderen Ausführungsbeispiels eines tragbaren modularen Elektroniksystems mit Modulen in einer nichtlinearen Anordnung.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung stellen ein tragbares modulares Elektroniksystem bereit, das mehrere unterschiedliche Anwendungen gleichzeitig unterstützen kann, mit einem hohen Maß an Flexibilität bei Auswahl, Abmessungen und Ausrichtungen derselben, und das ebenfalls redundante Backup-Speicherfähigkeiten aufweisen kann. Derartige Systeme sind für den ungeübten Verbraucher sehr leicht auf eine von zahlreichen unterschiedlichen Anwendungen anzupassen. Ein Beispiel eines derartigen Systems ist in 1 dargestellt und umfaßt ein Speichermodul 2, das ein Paar von unabhängigen redundanten Speichern 4 und 5 aufweist, ein Steuerungsmodul 8 und zumindest ein Anwendungsmodul, wobei in der Figur ein Paar von Anwendungsmodulen 10 und 12 gezeigt ist. Das Steuerungsmodul 8 steuert den Datenfluß zwischen dem Speichermodul 2 und den Anwendungsmodulen 10 und 12.
Durch einen zweckmäßigen mechanischen Verbindermechanismus, wie beispielsweise Verbindungselemente 14, die in gegenüberliegende Ausnehmungen 16 in benachbarten Modulen passen und die Module mit Schrauben 18 zusammenhalten, die sich durch Öffnungen in den Verbindungselementen in ausgerichtete Gewindelöcher 20 in den Modulen erstrecken, können die verschiedenen Module miteinander zu einem einheitlichen Handhaltestapel verbunden werden. In 1 ist lediglich ein Verbindungselement 14 dargestellt, doch zusätzliche Verbindungselemente wären für jedes gegenüberliegende Paar von Modulausnehmungen bereitgestellt. Eine elektrische In termodulkommunikation ist durch aufeinander ausgerichtete elektrische Verbinder 22 an gegenüberliegenden Seiten benachbarter Module bereitgestellt. In der Figur sind lediglich die elektrischen Verbinder an den sichtbaren linken Seiten der Steuerungs- und Anwendungsmodule gezeigt; zusätzliche Verbinder wären auf den gegenüberliegenden Seiten derselben bereitgestellt. Da das Speichermodul 2 bei diesem Ausführungsbeispiel als ein Endmodul entworfen ist, sind elektrische Verbinder lediglich auf der rechten Seite desselben bereitgestellt, die dem Steuerungsmodul 8 zugewandt ist. Bei diesem Beispiel weist jede unabhängige Speichereinheit 4 und 6 ihren eigenen elektrischen Verbinder auf, von denen jeder mit einem entsprechenden elektrischen Verbinder in dem Steuerungsmodul 8 ausgerichtet ist. Somit weist das Steuerungsmodul ein Paar von elektrischen Verbindern 22 an der linken Seite desselben auf, die dem Speichermodul 2 zugewandt ist, und einen einzigen elektrischen Verbinder auf der rechten Seite desselben, die dem ersten Anwendungsmodul 10 zugewandt ist.
Die elektrischen Verbinder 22 (detaillierter in 4 gezeigt) können ein Standard-USB-Format mit zwei Leistungsleitungen und zwei Datenleitungen aufweisen. Die verschiedenen Leitungen sind vorzugsweise als drei konzentrische leitfähige Ringe 22a, 22b, 22c und ein mittlerer Leiter 22d implementiert, die mit entsprechenden Ringen und einem mittleren Leiter in dem elektrischen Verbinder für das benachbarte Modul zusammenpassen, wenn die zwei Module zusammengebracht werden. Die konzentrischen Ringe sind um die Achse 24 der gestapelten Module symmetrisch und erlauben es, daß die verschiedenen Module mit jeglichen gewünschten individuellen Drehausrichtungen um die Achse zusammengefügt werden, ohne die Funktionalität des Systems zu verschlechtern. Die zugewandten Paare von elektrischen Verbindern an dem Speicher- und dem Steuerungsmodul sind ebenfalls auf den jeweiligen Modulen derselben symmetrisch angeordnet und erlauben es, daß diese zwei Module mit Bezug aufeinander um 180° gedreht werden können und immer noch eine Ausrichtung zwischen gegenüberliegenden elektrischen Verbindern behalten. Die Tragbarkeit des Systems ist aufgrund dessen verbessert, daß die elektrischen Verbinder bei diesem Ausführungsbeispiel mit den jeweiligen Modulen derselben einstückig sind, wobei elektrische Verbindungen zwischen benachbarten Modulen nicht eingerichtet werden, bis die Module positioniert sind, um mechanisch miteinander verbunden zu werden.
Dieses flexible Ausrichtungssystem macht es sehr leicht für den gelegentlichen Verbraucher, individuelle Module zu einem tragbaren Handhalte-Gesamtsystem zusammenzufügen. Es spielt keine Rolle, ob die verschiedenen Module nach oben oder nach unten gewandt sind; die elektrischen Verbinder derselben richten immer noch Verbindungen mit benachbarten Modulen ein. Es sind auch universelle mechanische Verbinder vorstellbar, die es den Anwendungsmodulen erlauben würden, mit einem jeglichen beliebigen Drehwinkel um die Achse ausgerichtet zu sein, während dieselben immer noch die notwendigen elektrischen Intermodulverbindungen behalten, anstelle der 180° Drehung, die durch die Verbindungen 14 ermöglicht wird. Ferner können die Anwendungsmodule um 180° um eine Vertikalachse 25 gedreht werden, wobei die Positionen der in 1 gezeigten linken und rechten Seiten derselben umgekehrt werden. Während dies den elektrischen Verbinder 22 an der rechten Seite des Anwendungsmoduls 10 in Kontakt mit dem Verbinder an dem Steuerungsmodul 8 bringen würde, können, wie es unten erklärt ist, die gegenüberliegenden elektrischen Verbinder für jedes Anwendungsmodul durch einen gemeinsamen Bus miteinander verbunden werden, der durch das Modul verläuft, um jegliche elektrische Differenz zwischen den zwei Verbindern zu eliminieren.
Die Positionen der Anwendungsmodule 10 und 12 innerhalb des Stapels können ebenfalls umgekehrt werden. Wenn dieselben miteinander verbunden sind, bilden die elektrischen Verbinder 22 und die internen Busse durch jedes Anwendungsmodul tatsächlich einen einzelnen gemeinsamen Bus für die Folge von Anwendungsmodulen und erlauben dem Steuerungsmodul 8, mit einem jeglichen gewünschten Anwendungsmodul mittels digitaler Codes zu kommunizieren, die vorhergehend in den Anwendungs- und Steuerungsmodulen gespeichert wurden. Somit würde ein Signal, das von dem Steuerungsmodul an die Anwendungsmodule übertragen wird, mit dem Code des Moduls eingeleitet, für das das Signal vorgesehen ist, so daß nur dieses Modul das Signal wirklich verarbeitet. Rückleitungssignale würden auf eine ähnliche Weise codiert, um es dem Prozessormodul zu ermöglichen, das Anwendungsmodul zu identifizieren, das das Signal erzeugte, und um anderen Modulen anzuzeigen, es zu unterlassen, auf das Signal zu wirken.
Während die verschiedenen Module mit getrennten elektrischen und mechanischen Verbindern gezeigt sind, könnten beide Funktionen in einen gemeinsamen Verbinder integriert werden, wie beispielsweise der, der durch den vorhergehend erwähnten PenDrive-Speicher verwendet wird. Derartige gemeinsame Verbinder setzen jedoch typischerweise für die zwei Elemente, die miteinander verbunden sind, eine männlich-weiblich-Anordnung ein, was die Flexibilität bei der Modulausrichtung reduziert, die mit den in 1 dargestellten geschlechtsneutralen Verbindern erreicht ist.
Die redundanten Speicher 4 und 6 sind typischerweise Festplattenlaufwerke, können aber auch Flash-Speicher oder eine jegliche andere tragbare Speichervorrichtung mit einer gewünschten Kapazität, einem Schutz gegen Bewegung in einem tragbaren System und einer Kompatibilität mit dem Steuerungsmodul sein. Das System könnte auch mit lediglich einer Speichereinheit implementiert werden, falls eine Redundanz nicht benötigt wird, oder mit mehr als einem redundanten Speicher.
Die Speicher stellen eine Massendatenspeicherredundanz bereit, die es einem Speicher ermöglicht, zu übernehmen, wenn der andere ausgefallen ist oder verfälscht wurde. Dieselben würden normalerweise durch das Steuerungsmodul in einer herkömmlichen Master-Slave-Weise betrieben, wobei eine Speichereinheit als der Primärspeicher wirkt und die andere als ein Backup. Da dieselben vorzugsweise die gleichen Daten speichern, können dieselben mit dem Steuerungsmodul in jeder Speicherposition verbunden sein. Falls eine Speichereinheit ausfällt, wird dieselbe einfach mechanisch von dem System abgetrennt und mit einer neuen Einheit ersetzt, wobei die Steuerungseinheit die Daten, die in der verbleibenden Speichereinheit gespeichert sind, in die neue kopiert. Die Speichereinheiten 4, 6 sind durch getrennte Sätze von Verbindungselementen 14 mit dem Steuerungsmodul 8 verbunden, um ein unabhängiges Ersetzen der Einheiten zu ermöglichen.
Das Steuerungsmodul 8 umfaßt typischerweise eine Anzeige 26 und eine Benutzerschnittstellenanschlußfläche 28, die es dem Verbraucher ermöglicht, gewünschte Befehle einzugeben. Die Steuerung ist normalerweise ebenfalls mit einem Batteriefach (nicht gezeigt) ausgestattet, um Leistung für alle Module in dem System durch die Leistungsbusse bereitzustellen, die durch die elektrischen Verbinder 22 und die interne Modulschaltungsanordnung bereitgestellt sind. Ebenfalls kann ein Leistungsport 30 für eine externe Leistungsquelle vorgesehen sein, obwohl das System in der tragbaren Verwendung normalerweise mit der Batterie (den Batterien) desselben funktionieren würde.
Eine jegliche gewünschte Anzahl von Anwendungsmodulen kann in den Stapel integriert werden, mit einem hohen Grad an Flexibilität bei den Ausrichtungen derselben, wie es oben beschrieben ist. Dies macht es möglich, Daten in einer ohne weiteres tragbaren Position zu speichern und dieselben durch mehrere Anwendungen zugänglich zu haben. Verschiedene Typen von Bändern, Klemm- und Befestigungsvorrichtungen getrennt von den elektrischen Verbindern können für eine mechanische Intermodulverbindung verwendet werden. Es könnte ebenfalls ein äußeres Gehäuse, in das die verschiedenen Module plaziert werden, bereitgestellt werden, mit einer ein stellbaren Endplatte oder ähnlichem, um die Module zusammenzuhalten, wobei die benachbarten elektrischen Verbinder derselben sich miteinander in Kontakt befinden. Dies wäre jedoch umständlicher und weniger flexibel.
Einer der Vorteile des Systems ist, daß es mehrere Anwendungsmodule zuläßt, die nicht nur in der Funktion derselben unterschiedlich sind, sondern auch in den Abmessungen derselben entlang der Systemachse 24. Die Modulabmessungen in andere Richtungen können ebenfalls verschieden sein. Dadurch, daß die Verbindermodule 22 in der Mitte der jeweiligen Seiten derselben gehalten sind, ermöglicht das System die Eingliederung kleinerer Module, die vielleicht in der Zukunft entwickelt werden.
Die Steuerungsdatenrate ist typischerweise größer als dieselbe für eine einzelne Anwendung und macht es möglich, gleichzeitig mehrere Anwendungsmodule von dem einzelnen Steuerungsmodul aus zu betreiben. Die Anwendungsmodule würden normalerweise Puffer benutzen, um die Steuerungsdaten zu speichern.
Ein anderes modulares System ist in 2 dargestellt, mit zwei unabhängigen redundanten Speichereinheiten 4a und 6a in einem gemeinsamen Speichermodulgehäuse 2a. Die zwei Speichereinheiten können unabhängig aus dem Gehäuse entfernt und ersetzt werden. Lediglich ein einziger elektrischer Verbinder 22 ist an jeder Seite des Gehäuses entlang der Systemachse vorgesehen, wobei jede Speichereinheit 4a und 6a mit den gemeinsamen Daten- und Leistungsbussen verbunden ist, die durch das Modul zwischen den entgegengesetzten elektrischen Verbindern desselben verlaufen. Das Steuerungsmodul 8a unterscheidet zwischen den zwei Speichereinheiten mittels herkömmlicher Identifikationscodes, die jeder Einheit zugeordnet sind.
Da das Speichermodul 2a lediglich einen einzigen elektrischen Verbinder an jeder entgegengesetzten Seite aufweist, kann dasselbe an jeder gewünschten Position innerhalb des Stapels plaziert werden, anstatt auf eine Endposition beschränkt zu sein, wie es in 1 gezeigt ist. Das Speichermodul 2a ist anstelle dessen zwischen dem Steuerungsmodul 8a und dem Anwendungsmodul 10 angeordnet gezeigt. Da das Steuerungsmodul lediglich einen einzigen elektrischen Verbinder benötigt, um mit dem Speichermodul eine Schnittstelle zu bilden, sind die elektrischen Verbinder an den entgegengesetzten Seiten desselben ebenfalls an der Systemachse zentriert, wodurch es dem Steuerungsmodul ermöglicht wird, auf ähnliche Weise an einer zweckmäßigen Position innerhalb des Stapels positioniert zu sein. Wie in 2 gezeigt, ist dasselbe an dem Ende des Stapels, wobei einer der elektrischen Verbinder desselben mit dem Speichermodul 2a ausgerichtet ist und der elektrische Verbinder auf der entgegengesetzten Seite desselben freiliegend ist. Falls es gewünscht wird, könnte der freiliegende Verbinder mit einer Abdeckung bedeckt werden, oder ein anderes Anwendungsmodul könnte mit dieser Seite des Steuerungsmoduls verbunden werden. Da das Steuerungsmodul mit allen anderen Modulen über den gemeinsamen Daten- und Leistungsbus kommuniziert, der durch die verbundenen Module verläuft, wobei jedes unterschiedliche Modul durch den jeweiligen Identifikationscode desselben identifiziert wird, kann der Stapel mit den verschiedenen Modulen in einer jeglichen beliebigen Position zusammengefügt werden. Dies macht denselben für den unerfahrenen Verbraucher sehr leicht zu verwenden. Falls ein spezielles Anwendungsmodul nicht länger gewünscht wird, kann dasselbe einfach aus dem Stapel entfernt werden. Falls dasselbe in dem Stapel eine Zwischenposition einnimmt, würde dasselbe von den Modulen auf beiden Seiten abgetrennt, entfernt und die verbleibenden Module würden wieder miteinander verbunden. Neue Anwendungsmodule können einfach durch ein Verbinden derselben mit einem Ende des bestehenden Stapels oder durch ein Trennen zweier Module, ein Einbringen des neuen Anwendungsmoduls dazwischen und ein Wiederverbinden der Module mit dem neuen Anwendungsmodul hinzugefügt werden, falls es gewünscht wird. Sind die Steuerungs- und Speichermodule einmal mit den gewünschten Anwendungsmodulen verbunden, verhalten sich dieselben wie eine einzige Vorrichtung.
In 3 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm dargestellt, das die elektrischen Intermodulverbindungen für ein Ausführungsbeispiel eines Steuerungsmoduls gemäß den Lehren der Erfindung zeigt. Das Steuerungsmodul 8 umfaßt einen Prozessor 32 mit einer Störungsüberwachungseinrichtung 34, einer Datenduplizierungssteuerung 36 und einer Lese/Schreib-Steuerung 38. Diese verschiedenen Elemente können in Firmware oder mit einem softwaregesteuerten allgemeinen digitalen Signalprozessor (DSP) implementiert werden. Dieselben sind durch getrennte Leitungen 40, 42, die den getrennten elektrischen Verbindern 22 in der gemeinsamen Seite des in 1 gezeigten Steuerungsmoduls 8 entsprechen, mit den Speichereinheiten 4 und 6 verbunden. Die Störungsüberwachungseinrichtung 34 bestimmt, ob die Speicher korrekt funktionieren und benachrichtigt den Benutzer durch ein Kommunizieren mit einer Benutzerschnittstelle 44 durch einen Bus 46 über jegliche Probleme. Daten in einem Speicher werden in den anderen Speicher auf eine Master-Slave-Weise ohne das Dazwischenliegen eines externen PCs durch die Duplizierungssteuerung 36 geladen, die ebenfalls durch den Bus 46 und die Benutzerschnittstelle 44 kommuniziert, um den Benutzer mit Informationen über den Status der Duplizierungsfunktion zu versehen. Die Lese/Schreib-Steuerung 38 regelt das Lesen/Schreiben von Anwendungsdaten aus den bzw. auf die Speicher 4 und 6 und kommuniziert mit den Anwendungsmodulen durch den Bus 46 und eine Leitung 48, die durch die kombinierten elektrischen Verbinder und internen Modulbusse von dem Steuerungsmodul 8 zu dem gewünschten Anwendungsmodul gebildet ist.
Die Operation des Moduls 8 wird durch eine Steuerung 50 geregelt, die mit dem Prozessor 32 durch den Bus 46 kommuniziert und mit dem Prozessor auf dem gleichen Chip integriert sein kann. Das Modul umfaßt ebenfalls einen internen Speicher 52. Während die Speicher 4 und 6 entsprechend der Anordnung von 1 in direkter Kommunikation mit dem Prozessor 32 gezeigt sind, können dieselben entsprechend der Anordnung von 2 mit dem Prozessor ebenfalls durch den Bus 46 kommunizieren. Diese Version würde ein Datenprotokoll mit einem Adressierungsschema benutzen, das durch den Prozessor 32 und die Steuerung 50 verwaltet wird, um zwischen den zwei Speichern zu unterscheiden. Wenn die Möglichkeit von Anwendungsmodulen auf jeder Seite des Steuerungsmoduls wie in 2 gewünscht wird, könnte eine Kommunikation mit den verschiedenen Modulen durch einen mit dem Bus 46 verbundenen Hub anstatt durch die Leitung 48 erfolgen.
Eine vereinfachte, etwas konzeptionelle Ansicht eines Anwendungsmoduls 10 ist in 4 gegeben. Das Modul umfaßt ein äußeres Gehäuse 54, wobei elektrische Verbinder 22 durch Öffnungen in entgegengesetzten Wänden des Gehäuses etwas über die äußere Gehäuseoberfläche hinaus vorstehen. Diese Verbinderanordnung erlaubt es dem Modul, zusammen mit anderen Modulen in einem linearen Stapel zusammengefügt zu werden. Falls aus irgendeinem Grund eine nichtlineare Anordnung von Modulen gewünscht wird, könnte einer oder beide der Verbinder 22 in unterschiedlichen Wänden eines Moduls plaziert werden.
Die elektronische Schaltungsanordnung des Moduls ist allgemein durch einen Block 56 angegeben. Dieselbe umfaßt einen programmierten Identifikationscode, der das Modul von anderen Anwendungsmodulen unterscheidet. Daten- und Leistungsbusse 58 und 60, die elektrische Leiter oder optisches Busse sein können, erstrecken sich durch das Innere des Moduls zwischen entsprechenden leitfähigen Ringen und den mittleren Leitern der entgegengesetzten Verbinder 22. Tatsächlich sind in der Standard USB-Konfiguration zwei Daten- und zwei Leistungsbusse enthalten, aber der Einfachheit halber ist lediglich jeweils einer gezeigt. Die Modulelektronik greift an Abgriffen 62 und 64 die Daten- und Leistungsbusse ab, um Leistung und unter der Steuerung des Steuerungsmoduls und der Benutzerschnittstelle des Anwendungsmoduls eine Zweiwegkommunikation mit dem Speichermodul bereitzustellen. Die Elektronik innerhalb anderer Anwendungsmodule würde ähnlich die Daten- und Leistungsbusse abgreifen, die sich elektrisch kontinuierlich durch alle der Anwendungsmodule (und bei dem Ausführungsbeispiel von 2 ebenfalls durch das Steuerungs- und Speichermodul) erstrecken würden.
Die Verbinder 22 können mit Plastiksteckern implementiert sein, in die die leitfähigen Ringe 22a, 22b, 22c und der Mittelleiter 22d eingesetzt sind, wobei die Stecker mechanisch durch eine Federvorspannung zu inaktiven Positionen vorgespannt sind, die etwas über die Grenzen des Modulgehäuses 54 vorstehen. Geeignete Federvorspannungen umfassen flexible elastische Gewebe 66, die an den äußeren Umfängen derselben an dem Inneren des Gehäuses angebracht sind, um die Verbinder nach außen vorzuspannen, mit Anschlägen 68 um die Umfänge der Verbinderstecker, um die Bewegung derselben nach außen von dem Gehäuse zu begrenzen, und Schraubenfedern (nicht gezeigt), die zwischen den Steckerinnenseiten und Trägern innerhalb des Modulgehäuses untergebracht sind. Wenn das Gehäuse 10 gegen das Gehäuse für ein benachbartes Modul gestoßen wird, drücken die gegenüberliegenden Verbinderstecker einander zurück in die jeweiligen Module derselben, bis die Außenseiten derselben im wesentlichen bündig mit den Wänden sind, durch die sie vorstehen, wobei die Federkraft des Gewebes 66 dieselben nach außen gegen den zusammenpassenden Verbinder in dem andere Modul drückt. Dadurch wird ein stabiler elektrischer Kontakt zwischen den zwei Modulen hergestellt.
Es ist nicht notwendig, daß die verschiedenen Module in dem System wie in den 1 und 2 axial ausgerichtet sind und es kann ebenfalls eine Fähigkeit, um ein gegebenes Modul mit mehr als zwei anderen Modulen zu verbinden, bereitgestellt sein. Zum Beispiel sind bei dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ein Steuerungsmodul 8b, ein Speichermodul 2a und ein Anwendungsmodul 10 in einer Ausrichtung entlang einer Achse 24, wie in 2, gezeigt, wobei sich das Steuerungsmodul 8b von dem Steuerungsmodul 8a von 2 durch die Hinzufügung von elektrischen Verbindern 70 an entgegengesetzten Seiten des Moduls entlang einer Achse 24a unterscheidet, die orthogonal zu der Systemachse 24 ist. Die zusätzlichen elektrischen Verbinder 70 sind mit dem internen Modulbus auf eine Weise verbunden, die den Verbindern 22 ähnlich ist.
Zusätzliche Anwendungsmodule 72 und 74 können mit jeweiligen elektrischen Verbindern 70 an gegenüberliegenden Seiten des Steuerungsmoduls 8b verbunden sein. Die Ausnehmungen 76 in dem Steuerungsmodul 8b sind von den in den 1 und 2 gezeigten Ausnehmungen 20 abgeändert, um dieselben symmetrisch um die Modulecken zu machen, in denen dieselben gebildet sind, so daß dieselben zusätzliche Module entweder entlang der Achse 24 oder 24a aufnehmen können. Abgeänderte Eckverbinderverbindungselemente 14a sind ebenfalls für die Verbindungspositionen von drei Modulen, wie beispielsweise 8b, 2a und 74, bereitgestellt. Andere Module innerhalb des Systems könnten ebenfalls mit mehr als zwei elektrischen Verbindern versehen werden und die Formen der Modulgehäuse könnten von der dargestellten rechteckigen Form abgeändert werden, um ein Koppeln mit anderen Modulen in unterschiedlichen Winkeln zu ermöglichen.
Das modulare System, das beschrieben wurde, ermöglicht es, daß eine flexible Anzahl von elektronischen Anwendungen in ein tragbares Handhaltesystem integriert wird, ungeachtet spezifischer Ausrichtung. Während spezifische Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt wurden, sind Fachleuten auf dem Gebiet zahlreiche Variationen und andere Ausführungsbeispiele ersichtlich. Zum Beispiel können viele unterschiedliche Modulformen aufgenommen werden und die Anzahl von unterschiedlichen Anwendungsmodulen, die unterstützt werden könnte, wäre lediglich durch die Kapazitäten und die Datenraten des Speicher- und Steuerungsmoduls und jegliche starke Größeneinschränkungen an dem zusammengefügten System begrenzt. Folglich sollte die Erfindung nur durch die beigefügten Ansprüche eingeschränkt sein.

Claims

Tragbares modulares Elektroniksystem, das folgende Merkmale aufweist: zumindest ein Speichermodul (2) zum Speichern von Daten; zumindest ein Anwendungsmodul (10, 12); und ein Steuerungsmodul (8) zum Steuern von Kommunikationen zwischen dem zumindest einen Speichermodul (2) und dem zumindest einen Anwendungsmodul (10, 12); wobei das Speichermodul, das Anwendungsmodul und das Steuerungsmodul bezüglich zueinander mechanisch verbindbar und trennbar sind und zusammenpassende elektrische Verbinder (22) zum Übermitteln von elektrischen Signalen zwischen Modulen aufweisen, wenn die Module mechanisch verbunden sind.
System gemäß Anspruch 1, bei dem das zumindest eine Speichermodul (2) eine Mehrzahl von redundanten Speichern (4, 6) aufweist.
System gemäß Anspruch 2, bei dem die redundanten Speicher (4, 6) unabhängig auswechselbar sind.
System gemäß Anspruch 2 oder 3, bei dem die Speicher (4, 6) getrennte jeweilige elektrische Verbinder (22) zum unabhängigen Kommunizieren mit dem Steuerungsmodul (8) umfassen.
System gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem das Speichermodul (2) ferner einen gemeinsamen elektrischen Verbinder für die Mehrzahl von Speichern (4, 6) aufweist.
System gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, bei dem das Steuerungsmodul (8) programmiert ist, um durch jeweilige Identifikationscodes, die jedem der Speicher (4, 6) zugeordnet sind, zwischen den Speichern (4, 6) zu unterscheiden.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das Anwendungsmodul (10, 12) eine Mehrzahl von elektrischen Verbindern (22) an unterschiedlichen jeweiligen Seiten des Moduls und einen internen Bus (58, 60) aufweist, der die Verbinder (22) elektrisch verbindet.
System gemäß Anspruch 7, das eine Mehrzahl von Anwendungsmodulen (10, 12) aufweist, die bezüglich anderer Module des Systems mechanisch verbindbar und trennbar sind und jeweilige elektrische Verbinder (22) umfassen, die mit den elektrischen Verbindern (22) an den anderen Modulen zusammenpassen, wenn dieselben mechanisch verbunden sind.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem das zumindest eine Speichermodul (2), das Steuerungsmodul (8) und zumindest ein Anwendungsmodul (10, 12) entlang einer Achse (24) ausgerichtet sind, wenn dieselben mechanisch miteinander verbunden sind.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, das eine Mehrzahl von Anwendungsmodulen (10, 12) aufweist, wobei zumindest einige der Anwendungsmodule (10, 12) unterschiedliche Abmessungen aufweisen.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die elektrischen Verbinder (22) mehrere Drehausrichtungen zwischen den Modulen ermöglichen.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, das ferner mechanische Verbinder unabhängig von den elektrischen Verbindern (22) zum mechanischen Verbinden der Module aufweist.
Steuerungsmodul (8) für ein tragbares modulares Elektroniksystem, das folgende Merkmale aufweist: ein Gehäuse; Steuerungselektronik (32, 44, 50, 52) innerhalb des Gehäuses; und elektrische Verbinder (22) an zumindest zwei unterschiedlichen Seiten des Gehäuses für eine elektrische Verbindung mit anderen Modulen des Systems, wobei die elektrischen Verbinder (22) mit der Steuerungselektronik (32, 44, 50, 52) verbunden sind.
Steuerungsmodul gemäß Anspruch 13, das ferner ein Paar von elektrischen Verbindern (22) an einer Seite des Gehäuses zum Verbinden mit jeweiligen unabhängigen Speichern (4, 6) des Systems aufweist, wobei das Paar von elektrischen Verbindern (22) getrennt mit der Steuerungselektronik (32, 44, 50, 52) verbunden ist.
Steuerungsmodul gemäß Anspruch 13 oder 14, bei dem die Steuerungselektronik (32, 44, 50, 52) programmiert ist, um mit den redundanten Speichern (4, 6) durch einen der elektrischen Verbinder (22) zu kommunizieren und zwischen den Speichern (4, 6) durch Identifikationscodes zu unterscheiden.
Steuerungsmodul gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, das ferner mechanische Verbindungselemente zum mechanischen Verbinden des Moduls mit anderen Modulen unabhängig von den elektrischen Verbindern (22) aufweist.
Steuerungsmodul gemäß einem der Ansprüche 13 bis 16, bei dem es die elektrischen Verbinder (22) ermögli chen, daß das Steuerungsmodul (8) in verschiedenen Drehpositionen bezüglich anderer Module ausgerichtet ist, mit denen dasselbe mechanisch verbunden ist.
Anwendungsmodul (10, 12) für ein tragbares modulares Elektroniksystem, das folgende Merkmale aufweist: ein Gehäuse; Anwendungselektronik (56) innerhalb des Gehäuses; und elektrische Verbinder (22) an zumindest zwei unterschiedlichen jeweiligen Seiten des Gehäuses zur elektrischen Verbindung mit anderen Modulen, mit denen das Anwendungsmodul (10, 12) mechanisch verbunden ist, wobei die elektrischen Verbinder (22) mit der Anwendungselektronik (56) verbunden sind.
Anwendungsmodul gemäß Anspruch 18, das ferner einen Bus (58, 60) aufweist, der mit der Anwendungselektronik (56) verbunden ist, wobei der Bus (58, 60) auch mit den elektrischen Verbindern (22) verbunden ist, um eine elektrische Kommunikation entlang des Busses (58, 60) zwischen anderen Modulen, die mit dem Anwendungsmodul (10, 12) verbunden sind, zu ermöglichen.
Anwendungsmodul gemäß Anspruch 19, bei dem die Anwendungselektronik (56) mit dem Bus (58, 60) verbunden ist und einen Identifikationscode umfaßt, der eine Kommunikation entlang des Busses (58, 60) zwischen dem Anwendungsmodul (10, 12) und einem anderen Modul ermöglicht, mit dem dasselbe verbunden ist.
Anwendungsmodul gemäß einem der Ansprüche 18 bis 20, das ferner mechanische Verbinderelemente zum mechanischen Verbinden des Moduls mit anderen Modulen aufweist.
Anwendungsmodul gemäß einem der Ansprüche 18 bis 21, bei dem es die elektrischen Verbinder (22) ermöglichen, daß das Anwendungsmodul (10, 12) in verschiedenen Drehpositionen bezüglich anderer Module ausgerichtet ist, mit denen dasselbe mechanisch verbunden ist.