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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Schaltungssystem und
insbesondere auf ein Schaltungssystem mit zwei Schaltungseinheiten,
die über
zueinander invertierte Ansteuersignale angesteuert werden.
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Schaltungssysteme
weisen häufig
Signale auf die mit mehreren Schaltungseinheiten verbunden sind.
Diese Signale sind stark kapazitiv belastet. Diese Problematik tritt
insbesondere in Computer-Speichersystemen auf.
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In
heutigen DDR1 und DDR2 Computerspeichersystemen werden „unbuffered
DIMMs" (DIMM; DIMM
= dual in-live memory modul) eingesetzt. In diesen Systemen ist
speziell der Command/Adreßbus
sehr stark kapazitiv belastet. Auf einem DIMM sind bis zu 18 DRAM
Bausteine angeordnet, die entweder direkt oder über eine Hybrid T-Topologie
an eine Command/Adreßbusleitung
angeschlossen sind, die von einer Speicheransteuereinheit getrieben
wird. Ein DDR2 Speichersystem weist ca. 27 CA-Signale (CA; CA =
command/address)auf. Durch die starke kapazitive Belastung verschlechtert
sich die Signalqualität
auf der entsprechenden Signalleitung. Um trotzdem eine gute Signalqualität auf dem DIMM
zu erreichen, ist ein bestimmtes Verhältnis an Signalleitungen zu
Masseleitungen notwendig. Das Verhältnis von CA-Signalen zu Massesignalen
auf einem DIMM ist normalerweise 2:1. Neben den CA-Signalen weist
ein CA-Bus deshalb eine Vielzahl von Masse-Signalen auf. Dies erhöht die Leitungsanzahl eines
CA-Bus auf üblicherweise
ca. 40 Signal- und Masseleitungen.
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4 zeigt ein Computer-Speichersystem gemäß dem Stand
der Technik. Gezeigt ist eine Speicheransteuereinrichtung 402 in
Form eines „Controllers" die eine Mehrzahl
von Speicherbausteinen 404 in Form von DRAMs ansteuert.
Die Speicherbaustei ne 404 sind auf einem Speichermodul 412 in
Form eines „unbuffered
DIMM" angeordnet.
Die Speicherbausteine 404 sind mit der Speichersteuerung 402 über einen
Speicherbus verbunden. Aus Gründen der Übersichtlichkeit
ist in 4 lediglich ein
einzelnes CA-Signal 420 des Speicherbus gezeigt.
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Auf
dem Speichermodul 412 weist das CA-Signal 420 eine
T-Topologie auf.
Die Speicherbausteine 404 sind über Kontaktstellen 430 mit
dem CA-Signal 420 verbunden. Offene Enden des CA-Signales 420 sind
auf dem Speichermodul 412 mit Leitungsabschlüssen 432 abgeschlossen.
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Sowohl
die Speichersteuerung 402 als auch das Speichermodul 412 sind üblicherweise
auf einem Motherboard (nicht gezeigt) eines Computersystems angeordnet.
Die Speichersteuerung 402 ist dabei üblicherweise Teil eines Chip-Satzes
(nicht gezeigt). Das Speichermodul 412 weist üblicherweise
bis zu 18 Speicherbausteine 404 auf, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit
nur vier gezeigt sind. Da alle Speicherbausteine 404 von
dem CA-Signal 420 angesteuert werden, ist das CA-Signal 420 erheblich kapazitiv
belastet. Dadurch ist die Signalintegrität des CA-Signales 420 ein
großes
Problem, da die auf dem CA-Signal 420 mögliche Datenrate negativ beeinflusst
wird.
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5 zeigt eine Möglichkeit
zur Verbesserung der Signalintegrität in einer Speichereinrichtung gemäß dem Stand
der Technik. Dadurch kann die Datenrate in der Speichereinrichtung
erhöht
werden. Entsprechend zu 4 weist
das Speichersystem in 5 eine
Speichersteuerung 502 und eine Mehrzahl von Speicherbausteinen 504, 506 auf,
die auf einem Speichermodul 512 angeordnet sind. In diesem Ausführungsbeispiel
sind die Speicherbausteine 504, 506 in erste Speicherbausteine 504 sowie
zweite Speicherbausteine 506 unterteilt.
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Zur
Ansteuerung der ersten und zweiten Speiccherbausteine 504, 506 weist
das vorliegende Ausführungsbeispiel
zwei iden tische Kopien eines CA-Busses auf. Der Übersichtlichkeit halber sind
wiederum nur zwei einzelne CA-Signalleitungen 522, 524 der
beiden CA-Busse gezeigt. Ein erstes CA-Signal wird von der Speichersteuerung 502 über eine erste
CA-Signalleitung 522 zu
den ersten Speicherbausteinen 504 getrieben. Ein zweites
CA-Signal wird von der Speichersteuerung 502 über eine
zweite CA-Signalleitung 524 zu den zweiten Speicherbausteinen 506 getrieben.
Die Speicherbausteine 504, 506 sind über Kontaktstellen 530 mit
der ersten und der zweiten CA-Signalleitung 522, 524 verbunden. Freie
Enden der CA-Signalleitungen 522, 524 sind
jeweils mit einem Leitungsabschluß 532 versehen.
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Die
Signalintegrität
der ersten und der zweiten CA-Signalleitung 522, 524 ist
in diesem Ausführungsbeispiel
deutlich besser als in dem in 4 gezeigten
Ausführungsbeispiel,
da die kapazitive Last an den CA-Signalleitungen 522, 524 halbiert
ist. Dies ermöglicht
eine höherer Übertragungsrate
auf den CA-Signalleitungen 522, 524.
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Ein
wesentlicher Nachteil dieses Ausführungsbeispieles liegt darin,
daß sich
die Anzahl der CA-Signalleitungen 522, 524 gegenüber dem
in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel
verdoppelt. Dies bedeutet einen sehr starken Anstieg der Pinzahl eines
Steckers (nicht gezeigt) der das Speichermodul 512 mit
einem Motherboard (nicht gezeigt) verbindet. Dies erschwert zusätzlich eine
Signalleitungsführung
auf dem Motherboard. Die Signalführung
ist problematisch, da der zu Verfügung stehende Platz in dem
die Signale geführt
werden können
beschränkt ist
und ein Übersprechen
zwischen den Signalen verhindert werden muß. Dies wird dadurch erschwert, daß alle CA-Empfänger gleichzeitig
in eine Richtung schalten, wodurch zusätzlich Potentialstörungen auf beispielsweise
einer Referenzspannung hervorgerufen werden.
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Die
Verdoppelung der CA-Signale zieht insbesondere auch eine Verdoppelung
der Massesignale nach sich, da das Verhältnis von Massesignalen zu CA-Signalen
gleich bleibt.
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Aus
der US 2003/0161196 A1 ist ein Speichersystem bekannt, das ein erstes
und ein zweites Speichermodul und eine Speichersteuerung aufweist.
Die Speichermodule sind über
einen Speicherbus mit der Speichersteuerung verbunden. Der Speicherbus
weist einen Verzweigungspunkt auf, mit dem die Speichermodule über jeweilige
Speichermodulverbinder verbunden sind.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Schaltungssystem
zu schaffen, das bei einer geringen Anzahl an Ansteuersignalen eine
hohe Signalintegrität
aufweist und dadurch eine hohe Datenübertragungsrate ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Schaltungssystem gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Die
vorliegende Erfindung schafft ein Schaltungssystem mit folgenden
Merkmalen:
einer Einrichtung zum Ansteuern einer ersten und
einer zweiten Schaltungseinheit mittels eines differentiellen Ansteuersignals,
wobei das differentielle Ansteuersignal ein erstes Ansteuersignal
und ein zweites Ansteuersignal, das zu dem ersten Ansteuersignal
invertiert ist, aufweist;
einer differentiellen Ansteuersignalleitung,
die eine erste Signalleitung zum Führen des ersten Ansteuersignals
und eine zweite Signalleitung zum Führen des zweiten Ansteuersignals
aufweist; und
wobei die erste Schaltungseinheit über die
erste Signalleitung und die zweite Schaltungseinheit über die zweite
Signalleitung mit der Einrichtung zum Ansteuern verbunden ist.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sich die
Eigenschaften eines differentiellen Signales vorteilhaft in einem
Schaltungssystem nutzen lassen, in dem mehrere Schaltungseinheiten
von demselben Signal gesteuert werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung stellt eine Einrichtung zum Ansteuern ein differentielles Ansteuersignal
bereit dessen erste Ansteuersignalleitung zum Ansteuern einer ersten
Schaltungseinheit und dessen zweite Ansteuersignalleitung zur Ansteuerung
einer zweiten Schaltungseinheit verwendet wird. Ein Vorteil der
differentiellen Ausführung
der Ansteuersignale liegt darin, daß ein Stromrückführungspfad
einer jeden der Ansteuersignalleitungen auf der zugehörigen komplementären Ansteuersignalleitung
verläuft.
Dadurch kann ein Signal-zu-Masseverhältnis deutlich
reduziert werden. Bei einem idealen differentiellen Leitungspaar
sind keine Masseleitungen nötig.
Ein weiterer Vorteil liegt in einer verbesserten Signalintegrität, da auf
einer differentiellen Leitung eine Gefahr durch Übersprechen reduziert ist.
Werden eine Vielzahl von Ansteuerleitungen nebeneinander geführt, so
muß bei
der Leitungsführung
nur noch bei der Hälfte
der Ansteuersignalleitungen Übersprechen
berücksichtigt
wird.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf
die beiliegenden Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 ein Blockschaltbild eines
Schaltungssystems gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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1A eine schematische Darstellung
eines differentiellen Ansteuersignales;
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2 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines
Speichersystems gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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3 ein Schaltungssystem in
Form eines Speichersystems gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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4 ein Speichersystem gemäß dem Stand
der Technik; und
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5 ein weiteres Ausführungsbeispiel
eines Speichersystems gemäß dem Stand
der Technik.
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1 zeigt ein Blockschaltbild
eines Schaltungssystems gemäß der vorliegenden
Erfindung. Das Schaltungssystem weist eine Einrichtung 102 zum
Ansteuern einer ersten und einer zweiten Schaltungseinheit sowie
eine erste Schaltungseinheit 104 und eine zweite Schaltungseinheit 106 auf.
Die Einrichtung 102 zum Ansteuern stellt auf einer differentiellen
Ansteuersignalleitung 120 ein differentielles Ansteuersignal
bereit. Die differentielle Ansteuersignalleitung 120 weist
eine erste Ansteuersignalleitung 122 und ein zweites Ansteuersignalleitung 124 auf. Die
erste Ansteuersignalleitung 122 verbindet die Einrichtung 102 zum
Ansteuern mit der ersten Schaltungseinheit 104 und die
zweite Ansteuersignalleitung 124 verbindet die Einrichtung 102 zum
Ansteuern mit der zweiten Schaltungseinheit 106.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
sind die Einrichtung 102 zum Ansteuern sowie die Schaltungseinheiten 104, 106 integrierte
Schaltungen, die auf einer Leiterplatte (nicht gezeigt) angeordnet
sind. Die erste Ansteuersignalleitung 122 und die zweite
Ansteuersignalleitung 124 der differentiellen Ansteuersignalleitung 120 werden
auf der Leiterplatte möglichst
nah zusammen und parallel zueinander geführt um störendes Übersprechen auf der Leiterplatte
zu verhindern. Eine Aufgabelung 130 der Ansteuersignalleitungen 122, 124 ist
möglichst
nah an den Schaltungseinheiten 104, 106 angeordnet.
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1A zeigt einen Signalverlauf
eines differentiellen Ansteuersignals 120' auf einer differentiellen Ansteuersignalleitung
wie sie in 1 gezeigt
ist. Das differentielle Ansteuersignal 120' weist ein erstes Ansteuersignal 122' und ein zu
dem ersten Ansteuersignal 122' invertiertes zweites Ansteuersignal 124' auf. Die Ansteuersignale 122', 124' wechseln zwischen
einem oberen Spannungspotential VH und einer
unteren Spannungspotential VL. Befindet
sich das erste Ansteuersignal 122' auf dem Spannungspotential VH, so befindet sich das komplementäre zweite
Ansteuersignal 124' auf
dem niedrigen Spannungspotential VL. Bei
einem idealen differentiellen Signal sind die Spannungspotentiale
VH und VL betragsmäßig gleich,
weisen jedoch entgegengesetzte Vorzeichen auf. In diesem Fall benötigt das
ideale differentielle Signal keinen Masseanschluß, da die jeweilige komplementäre Signalleitung
eine Rückführung des
Signalstromes gewährleistet.
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Bei
einem nicht-idealen differentiellen Signal, d. h. bei einem Signal,
das gegenüber
dem 0 V Pegel verschoben ist, ist eine Rückführung eines Signalstromes über eine
zusätzliche
Masseleitung (nicht gezeigt) erforderlich. Der rückzuführende Signalstrom ist jedoch
erheblich niedriger als bei einer nicht-differentiellen Signalausführung. Dadurch
verbessert sich in einem Bussystem das Verhältnis von Signalleitungen zu
Masseleitungen zugunsten einer Reduzierung der Masseleitungen.
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2 zeigt ein weiteres bevorzugtes
Ausführungsbeispiel
eines Speichersystems gemäß der vorliegenden
Erfindung. Entsprechend zu dem in 1 gezeigten
Ausführungsbeispiel
weist das in 2 gezeigte
Schaltungssystem eine Einrichtung 202 zum Ansteuern einer
ersten und einer zweiten Schaltungseinheit sowie eine erste Schaltungseinheit 204 und
eine zweite Schaltungseinheit 206 auf. Die Einrichtung 202 zum
Ansteuern ist über
eine differentielle Ansteuersignalleitung 220, die eine
erste Ansteuersignalleitung 222 und eine zweite Ansteuersignalleitung 224 aufweist,
mit der ersten Schaltungseinheit 204 und der zweiten Schaltungseinheit 206 verbunden.
Dabei ist die erste Schaltungseinheit 204 wiederum über die
erste Ansteuersignalleitung 222 und die zweite Schaltungseinheit 206 über die zweite
Ansteuersignalleitung 224 mit der Einrichtung 202 zum
Ansteuern verbunden.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
sind die Schaltungseinheiten 204, 206 auf einem
Schaltungsmodul 212 angeordnet. Das Schal tungsmodul 212 weist
einen differentiellen Eingang 214 auf. Über diesen differentiellen
Eingang 214 ist das Speichermodul 212 mit der
Einrichtung zum Ansteuern einer ersten und einer zweiten Schaltungseinheit über die
differentielle Steuersignalleitung 220 verbunden.
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Die
zweite Schaltungseinheit 206 weist eine Einrichtung 228 zum
Einstellen auf ein invertiertes Ansteuersignal, in diesem Ausführungsbeispiel
die zweite Ansteuersignalleitung 224, auf. Die Einrichtung 228 ist
als ein Signal ausgeführt,
das von der Einrichtung 202 zum Ansteuern bereitgestellt
wird. Die zweite Schaltungseinheit 206 ist ausgebildet,
um sich ansprechend auf das Signal 228 auf das invertierte
Ansteuersignal 224 der differentiellen Ansteuersignalleitung 220 einzustellen.
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Alternativ
zu dem Signal 228 ist es auch möglich, nach einer Aufspaltung
des differentiellen Ansteuersignals in das erste Ansteuersignal
und das zweite Ansteuersignal einen Inverter in der zweiten Ansteuersignalleitung
anzuordnen. Eine weitere Alternativmöglichkeit ist eine Anordnung
eines Inverters in der zweiten Schaltungseinheit.
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Bei
einem Speichersystem, das MRS-Befehle (MRS; MRS = Mode Register
Set) nutzt, besteht eine weitere Möglichkeit um festzustellen,
ob eine Ansteuerleitung invertiert ist oder nicht. Beim Initialisieren
eines Speichersystems in Form eines DRAMS wird ein MRS-Befehl abgesetzt.
Hierbei werden die Ansteuersignale in Form von Adresssignalen genutzt,
um die MRS-Register zu setzten. Es werden aber nicht alle Adresssignale
genutzt. Damit können ein
oder zwei Adresssignale verwendet werden, um zu entscheiden, ob
ein inverser Ansteuersignalbus vorliegt oder nicht. Üblicherweise
besagt eine „1" auf dem Adresssignal
A12, während
des MRS-Befehl, das der Bus invertiert ist.
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3 zeigt ein weiteres bevorzugtes
Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Schaltungssystems
in Form eines Speichersystems. Das Speichersystem weist eine Speichersteuerung 302 auf,
die eine Mehrzahl von Speicherbausteinen 304, 306 ansteuert.
Die Speicherbausteine 304, 306 in Form von DRAMs
sind auf einem Speichermoduls 312 in Form eines „unbuffered
DIMM" angeordnet. Das
Speichermodul 312 kann ein DDR1, DDR2 oder DDR3 Speichermodul
sein. Das Speichermodul 312 weist einen differentiellen
Eingang 314 auf, über
den das Speichermodul 312 über ein differentielles Ansteuersignal 320 mit
der Speichersteuerung 302 verbunden ist. Das differentielle
Ansteuersignal 320 weist ein erstes Ansteuersignal 322 sowie
ein zweites Ansteuersignal 324 auf. Über das erste Ansteuersignal 322 ist
die Speichersteuerung 302 mit den ersten Speicherbausteinen 304 verbunden. Über das zweite
Ansteuersignal 324 ist die Speichersteuerung 302 mit
den zweiten Speicherbausteinen 306 verbunden. Die Speicherbausteine 304, 306 sind über Kontaktstellen 330 mit
den Ansteuersignalleitung 322, 324 verbunden.
Die Ansteuersignalleitungen 322, 324 sind an ihren
freien Enden über
Leitungsabschlüsse 332 abgeschlossen.
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Das
Speichersystem stellt ein DDR1, DDR2 oder DDR3 Speichersystem dar.
Die Speichersteuerung 302, die Teil eines Chipsatzes ist,
sowie das Speichermodul 312 sind auf einem Motherboard (nicht
gezeigt) angeordnet. Das Speichermodul 312 weist typischerweise
bis zu 18 Speicherbausteine 304, 306 auf.
Die Speicherbausteine 304, 306 sind über einen
Speicherbus mit der Speichersteuerung 302 verbunden. Der Übersichtlichkeit
halber sind in 3 nur
vier Speicherbausteine und nur ein CA-Signal des Speicherbusses
gezeigt. Der erfindungsgemäße Ansatz
einer differentiellen CA-Ansteuersignalleitung ermöglicht eine
Reduzierung der auf dem Speichermodul 312 notwendigen Massesignalleitungen.
Im Gegensatz zu dem in 5 gezeigten
Ausführungsbeispiel
gemäß dem Stand
der Technik, dessen CA-Bus inklusive Massesignalleitungen 80 Signale
umfaßt,
sind für
das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel
von
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3 lediglich zweimal 27 Signale
für den CA-Bus
erforderlich.
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Auf
eine Adressierung der zweiten Speicherbausteine 306 hat
eine Invertierung des zweiten Steuersignals 324 keinen
Einfluß,
da ein Speicherfeld der zweiten Speicherbausteine 306 lediglich
aus einer anderen Richtung beschrieben und ausgelesen wird. Eine
Invertierung der Adreßsignale
hat jedoch Auswirkungen auf ein Mode-Registerset (nicht gezeigt)
der zweiten Speicherbausteine 306, in dem während einer
Initialisierungsphase Funktionalitätseinstellungen vorgenommen
werden. Nach einer Initialisierung der Speicherbausteine 304, 306 wird
das Mode-Registerset eingestellt. Hierbei muß eine Invertierung des zweiten
Ansteuersignals 324 berücksichtigt
werden indem die Invertierung während
eines Schreibens eines Mode-Registersetbefehles ausgeschaltet wird
oder dem zweiten Speicherbaustein 306 über ein Signal (gezeigt in 2) mitgeteilt wird, ob er
invertiert oder normal angesprochen wird oder die oben angesprochene
Lösung
mit einem Adresssignal, wie dem Adresssignal A12, verwendet wird.
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- 102
- Einrichtung
zum Ansteuern
- 104
- erste
Schaltungseinheit
- 106
- zweite
Schaltungseinheit
- 120
- differentielle
Steuersignalleitung
- 122
- erstes
Ansteuersignal
- 124
- zweites
Ansteuersignal
- 130
- Aufgabelung
- 120'
- differentielles
Ansteuersignal
- 122'
- erstes
Ansteuersignal
- 124'
- zweites
Ansteuersignal
- 202
- Einrichtung
zum Ansteuern
- 204
- erste
Schaltungseinheit
- 206
- zweite
Schaltungseinheit
- 212
- Schaltungsmodul
- 214
- differentieller
Eingang
- 220
- differentielle
Steuersignalleitung
- 222
- erstes
Ansteuersignal
- 224
- zweites
Ansteuersignal
- 228
- Einstelleinrichtung
- 302
- Speichersteuerung
- 304
- erstes
Speicherbausteine
- 306
- zweite
Speicherbausteine
- 312
- Speichermodul
- 314
- differentieller
Eingang
- 320
- differentielle
Steuersignalleitung
- 322
- erstes
Ansteuersignal
- 324
- zweites
Ansteuersignal
- 330
- Kontaktstellen
- 332
- Leitungsabschlüsse
- 402
- Speichersteuerung
- 404
- Speicherbausteine
- 412
- Speichermodul
- 420
- CA-Signal
- 430
- Kontaktstelle
- 432
- Leitungsabschluß
- 502
- Speichersteuerung
- 504
- erster
Speicherbaustein
- 506
- zweite
Speicherbausteine
- 512
- Speichermodul
- 522
- erstes
CA-Signal
- 524
- zweites
CA-Signal
- 530
- Kontaktstellen
- 532
- Leitungsabschlüsse