DE112004002308T5 - Sicherheitssystem für Differentialschaltung auf der Basis eines Strommessschemas - Google Patents

Sicherheitssystem für Differentialschaltung auf der Basis eines Strommessschemas Download PDF

Info

Publication number
DE112004002308T5
DE112004002308T5 DE112004002308T DE112004002308T DE112004002308T5 DE 112004002308 T5 DE112004002308 T5 DE 112004002308T5 DE 112004002308 T DE112004002308 T DE 112004002308T DE 112004002308 T DE112004002308 T DE 112004002308T DE 112004002308 T5 DE112004002308 T5 DE 112004002308T5
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
current
differential
input
security system
circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE112004002308T
Other languages
English (en)
Inventor
Pravas Pradhan
Jianhong Ju
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of DE112004002308T5 publication Critical patent/DE112004002308T5/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F11/00Error detection; Error correction; Monitoring
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/0046Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof characterised by a specific application or detail not covered by any other subgroup of G01R19/00
    • G01R19/0053Noise discrimination; Analog sampling; Measuring transients

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Logic Circuits (AREA)
  • Dc Digital Transmission (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

Sicherheitssystem für differentielle Stromflußlogik-Empfängerschaltungen, wobei ein Sicherheitszustand Empfängereingänge umfaßt, die floaten, nicht angetrieben sind, miteinander kurzgeschlossen sind oder einer oder beide mit Masse kurzgeschlossen sind, wobei das Sicherheitssystem folgendes aufweist:
einen differentiellen Stromflußempfänger, der einen ersten und einen zweiten Eingang definiert,
einen ersten Stromtreiber in den ersten Eingang und einen zweiten Stromtreiber in den zweiten Eingang, wobei der erste und der zweite Strom im Normalbetrieb zueinander nicht gleich sind,
eine Einrichtung zum Messen der ungleichen Ströme und zum Abgeben eines Differenzstroms entsprechend den empfangenen ungleichen Strömen, wobei in allen definierten Sicherheitszuständen der von der Meßeinrichtung abgegebene Differenzstrom stabil bleibt.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft logische Differentiallogik-/Pufferschaltkreise und insbesondere logische Stromübertragungsschaltungen, die Sicherheitsschaltkreise aufweisen.
  • Stand der Technik
  • Sicherheits-Differentialverstärker oder -empfänger liefern ein bekanntes Ausgangssignal, wenn an den Eingängen ein nicht definiertes oder ungültiges Eingangssignal vorhanden ist. Ein ungültiges Eingangssignal tritt im allgemeinen auf, wenn die Eingänge floaten bzw. sich verändernde Zustände oder drei Zustände haben oder kurzgeschlossen sind. Auch Teilkurzschlüsse oder -unterbrechungen können zu ungültigen Eingangssignalen führen. Im Fall von solchen ungültigen Eingangssignalen erfolgt gewöhnlich ein Oszillieren der Empfänger oder diese schalten ein Störsignal zu oder befinden sich in einem undefinierten Zustand.
  • Bekannte Lösungen befassen sich mit spannungs-basierten und niedrigspannungs-basierten Schaltungen. Diese Lösungen sehen Bias-Spannungswiderstände an den Eingängen des Differentialempfängers vor, um die Eingänge in einen bekannten Zustand vorzuspannen durch Bereitstellen eines Gleichstromoffsets am Eingang. Aber ein solches Offset kann Rücklaufströme unsymmetrisch machen, das Ausgangssignal verzerren und eventuell die Amplitude des Eingangssignals belasten. Andere Lösungen sehen eine Vcc-Bias-Spannung der Eingänge des Empfängers mit einer Logik zum Treiben des Empfängerausgangs in einen bekannten Zustand vor.
  • Eine andere Lösung für auf Niedrigspannung basierende Schaltkreise findet sich in einem Differentialempfänger von Texas Instruments, Teile-Nr. SN65LVDT32B, und mehreren anderen ähnlichen Vorrichtungen. Die Schaltung dieser Vorrichtung sieht zwei aktive Schaltkreise als hochohmige Komparatoren vor, welche die Empfängereingänge gemeinsam nutzen. Diese Komparatoren sehen ein Fenster vor, wobei der eine Komparator einen Grenzwert von +80 mV und der andere einen Grenzwert von –80 mV vorsieht. Ein Sicherheitszeitgeber wird mit den Komparatorausgängen UND-verknüpft, und wenn der Differentialeingang am Ende der Zeitgeberperiode innerhalb des +/–80 mV-Fensters ist, wird der Ausgang in einen bekannten Sicherheits-Hochzustand getrieben. Eine Einschränkung dieser Schaltung besteht darin, daß der Sicherheitszeitgeber zum Starten der Zeitspanne umschalten muß. Wenn das Eingangssignal des Empfängers gültig ist, z. B. mehr als +80 mV Differenz, jedoch dann einen ungültigen Zustand von z. B. +10 mV Differenz annimmt, wird der Zeitgeber eventuell nicht gestartet, da der Empfängerausgang eventuell nicht umschaltet.
  • Eine weitere Sicherheits-Vorrichtung für Niedrigspannungs-Schaltungen wird von Maxim hergestellt (Teile-Nummer MAX9153/4). Diese Vorrichtung wird als Repeater bezeichnet, ist jedoch tatsächlich eine Differentialverstärker- oder Empfängerschaltung. Diese Schaltung hat Spitzenunterdrücker mit Dioden und funktioniert eventuell nicht, wenn sie bei kurzgeschlossener Übertragungsleitung hochgefahren wird, oder im Fall von abgeschwächten Differenzsignalen mit Niedrigpegel (unter 100 mV). Auch der Betrieb bei hohen Frequenzen kann beeinträchtigt sein.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer aktiven Sicherheits-Empfängerschaltung, die den Ausgang des Empfängers in einen stabilen bekannten Zustand bringt, wenn einer der folgenden Aspekte zutreffend ist:
    • 1. Empfängereingänge floaten bzw. weisen sich verändernde Zustände auf und sind nicht abgeschlossen.
    • 2. Empfängereingänge sind abgeschlossen und nicht angesteuert, weil der Treiber entweder ungespeist oder deaktiviert und/oder nicht angeschlossen ist.
    • 3. Das Eingangskabel ist durchtrennt.
    • 4. Empfängereingänge sind miteinander kurzgeschlossen, etwa weil Treiberausgänge kurzgeschlossen sind, oder einer oder beide Empfängereingänge sind mit Masse kurzgeschlossen, weil die Treiberausgänge mit Masse kurzgeschlossen sind, oder es besteht ein Kurzschluß im Kabel.
  • Keiner dieser oben angegebenen Zustände erzeugt ein undefiniertes Ausgangssignal bei der vorliegenden Erfindung, und im Normalbetrieb beeinträchtigt die SicherheitsBias-Spannung das Leistungsvermögen des Empfängers weder in bezug auf Geschwindigkeit (Bandbreite) noch in bezug auf Zitter/Rauschen.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines stromgesteuerten Empfängers, der in bezug auf Leistung und Chipfläche konkurrenzfähig ist.
  • Es versteht sich für den Fachmann, daß in der nachstehenden genauen Beschreibung zwar auf beispielhafte Ausführungsformen, auf die Zeichnungen und Verwendungsverfahren Bezug genommen wird, die vorliegende Erfindung jedoch nicht auf diese Ausführungsformen und Verwendungsverfahren beschränkt sein soll. Der weit gefaßte Umfang der Erfindung soll nur gemäß den Angaben in den beigefügten Patentansprüchen definiert werden.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Im Hinblick auf die obigen Erläuterungen sieht die vorliegende Erfindung einen differentiellen Stromflußempfänger und ein solches Verfahren vor, wobei der Empfänger wenigstens zwei Eingänge aufweist. Ein Sicherheitszustand umfaßt Floating-Empfängereingänge, die nicht angesteuert sind, Eingänge, die zusammen kurzgeschlossen sind, oder Eingänge, von denen einer oder beide mit Masse kurzgeschlossen sind. Unter diesen Bedingungen sieht die vorliegende Erfindung einen ersten Treiber für Strom in einen ersten Eingang und einen zweiten Treiber für einen Strom mit davon verschiedenem Wert in den zweiten Eingang vor. Die ungleichen Ströme werden wird gebildet. Wenn irgendein definierter Sicherheitszustand vorliegt, bleibt der differentielle Ausgangsstrom der Erfassungseinrichtung stabil.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen die beiden Eingänge ein Widerstand eingefügt, und ein Grenzdifferenzstrom wird gebildet, der erreicht werden muß, um einen geänderten Logikzustand herzustellen. Der Differenzstrom wird verstärkt und in ein für Logiksysteme geeignetes Ausgangsspannungssignal umgewandelt. Eine erste und eine zweite Stromempfangsschaltung sind vorgesehen, und zwar die eine zwischen dem ersten Eingang und einem Stromrücklaufweg und die zweite zwischen dem zweiten Eingang und dem Stromrücklaufweg. Die erste und die zweite Stromempfangsschaltung sind bevorzugt diodengekoppelte MOS-Transistoren, die jeweils so vorgespannt sind, daß zwischen den Eingängen eine gegebene Impedanz vorhanden ist. Für jeden der ungleichen empfangenen Ströme wird eine Stromspiegelschaltung verwendet, und ein Strom-Spannungs-Umwandler liefert eine Ausgangsspannung, die zu der Differenz zwischen den empfangenen ungleichen Strömen proportional ist. Die ungleichen Ströme erlauben einen Nebenschluß positiver Ströme in bezug auf jeden Empfängereingang, und wenn die ungleichen Ströme aufgrund einer Logikänderung umgekehrt werden, wird die Differenz zwischen den ungleichen Strömen umgekehrt, was ein Detektieren zuläßt. Wenn die positiven Ströme, die von den beiden diodengekoppelten CMOS-Transistoren empfangen werden, gleich sind, würde eine Umkehrung der Ströme kein Ausgangssignal liefern.
  • Es versteht sich für den Fachmann, daß in der nachstehenden genauen Beschreibung zwar auf beispielhafte Ausführungsformen, auf die Zeichnungen und Verwendungsverfahren Bezug genommen wird, die vorliegende Erfindung jedoch nicht auf diese Ausführungsformen und Verwendungsverfahren beschränkt sein soll. Der weit gefaßte Umfang der Erfindung soll nur gemäß den Angaben in den beigefügten Patentansprüchen definiert werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die folgende Beschreibung der Erfindung nimmt Bezug auf die Zeichnungen; diese zeigen in:
  • 1A eine Stromflußschaltung, welche die vorliegende Erfindung veranschaulicht;
  • 1B ein Blockbild mit Gleichungen zur Verdeutlichung von Designüberlegungen für Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ein detailliertes Schaltungsschema in Übereinstimmung mit einem Stromtreiber zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung;
  • 3 eine Schaltung zur Verdeutlichung der Strommessung; und
  • 4 ein kombiniertes Schema einer Empfängerschaltung der Erfindung.
  • GENAUE BESCHREIBUNG EINER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • 1A ist ein Schema einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Eingangssignal Vin steuert und wählt Ausgangsstromsignale Ip und Im aus, die von 10 in eine Übertragungsleitung 12 getrieben werden. Der Treiber 10 ist ein Stromtreiber mit einer hohen Ausgangsimpedanz. In der Praxis kann es sich um eine einzige verdrillte Doppelleitung oder zwei Übertragungsleitungen handeln, aber da gemäß der nachstehenden Erläuterung Ip und Im ungleich sind, gibt es einen Rücklaufstrom, der von dem Strommeßverstärker absorbiert wird, wenn eine verdrillte Doppelleitung verwendet wird, oder der eine eventuell vorhandene Abschirmung durchläuft. Übertragungsleitungen sind keine Voraussetzung für die praktische Anwendung der vorliegenden Erfindung, aber wenn sie nicht verwendet werden, muß für den Rücklaufstrom Is ein störsignalfreundlicherer Weg bereitgestellt werden. In dem einen logischen Zustand ist Ip ein positiver Strom, der in eine erste Übertragungsleitung 50 abgeht, und Im ist ein negativer Strom, der von einer zweiten Übertragungsleitung 52 ankommt. Im entgegengesetzten logischen Zustand ist Ip ein negativer Strom von der ersten Übertragungsleitung 50 und Im ist ein positiver Strom in die zweite Übertragungsleitung 52. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist es möglich, den Strom nur in eine Übertragungsleitung zu treiben.
  • Wenn zwei Übertragungsleitungen verwendet werden, von denen jede eine charakteristische Impedanz von 50 Ohm hat, wird ein Widerstand Rt von 100 Ohm über die distalen Enden der Signalleiter angeordnet und dient zum Abschluß beider Leitungen. Auch hier sind Ip und Im einander nicht gleich, so daß es einen Rücklaufstrom Is durch die Abschirmung gibt. Da außerdem Rt über die distalen Enden von zwei Übertragungsleitungen angeordnet ist, sind bei dieser bevorzugten Ausführungsform beide Enden von Rt mit einer positiven Spannung vorgespannt. Bevorzugt ist in dem einen logischen Zustand Ia ein positiver Strom von 1,0 mA und Im ein negativer Strom von 0,5 mA, woraufhin es einen Rücklaufstrom Is von 0,5 mA in der Abschirmung gibt. Im entgegengesetzten logischen Zustand existiert ein durch die Abschirmung zurücklaufender Strom von 0,5 mA.
  • 1A zeigt eine Strommeßschaltung 54, welche die ungleichen Ströme empfängt und eine Sicherheitsbasis der vorliegenden Erfindung bildet. Wenn der Treiber der ungleichen Ströme ausgeschaltet wird, fließt der externe Störstrom, der auf verschiedenen Datenleitungen erscheint, in die gleiche Richtung. Er erscheint als Quellen von Gleichtaktstromstörsignalen, die von der Differenzstrommeßschaltung 54 zurückgewiesen werden, wie noch im einzelnen erläutert wird. Wenn die Treiberausgänge miteinander kurzgeschlossen sind, fließt das Nettosignal von 0,5 mA (Ip minus Im) entlang den Wegen zu beiden Enden von Rt, und somit erkennt die Differenzstrommeßschaltung 54 diesen Fehlermodus. Wie noch erläutert wird, ist der durch einen Differenzstrom bewirkte Jitter gering, da ein gültiger Eingangsstrom während des Umschaltens viel größer als der Sicherheits-Bias-Spannungsstrom ist.
  • Der Jitter ist auch geringer als bei Schaltungen vom Spannungstyp, weil die Spannungsverstärkung der Strommeßschaltung gering ist. Die Verwendung einer Strommeßschaltung eliminiert praktisch die negativen Auswirkungen einer Kapazitätsvervielfachung von Spannungsempfangsverstärkern mit hohem Verstärkungsfaktor. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist die Strommeßschaltung parallel mit dem Rt konfiguriert und wird nachstehend im Detail beschrieben. Eine Stromverstärkungsschaltung 56 empfängt den gemessenen Strom, und schließlich liefert ein Strom-Spannungs- bzw. I/V-Umwandler 58 ein CMOS-Ausgangssignal, das mit Standard-Rechnerschaltungen kompatibel ist. Die vorliegende Erfindung erzeugt ein Spannungssignal in angemessener Entfernung von den Abschluß- und Meßschaltkreisen. An diesem Punkt der Strom-Spannungs-Umwandlung ist die parasitäre Kapazität der Schaltung relativ klein und unwirksam.
  • Gemäß 1A hat die Differenzstrommeßschaltung 54 eine geringe Spannungsverstärkung, so daß etwaige Miller-Kondensatoreffekte negiert werden. Die differentielle Art der Strommeßschaltung verringert die Wirkungen von Gleichtaktspannungssignalen – die Gleichtaktspannungsverstärkung ist sehr gering oder vernachlässigbar.
  • 1B zeigt die Tolerierung von Stromstörsignalen bei der vorliegenden Erfindung. Im allgemeinen läuft ein Anteil von Ip und Im, nämlich i1 und i2, zu der Differenzstrommeßschaltung 54 durch. Die Strommeßschaltung 54 ist mit einem Differenzstromgrenzwert Ith ausgebildet, der erreicht werden muß, damit das gültige Logiksignal erkannt werden kann. Daher muß die Differenz zwischen Ip und Im in einer Differenz zwischen i1 und i2 resultieren, die gleich (oder größer) als der Grenzwert Ith ist. Im allgemeinen sind die Ausdrücke 13 bzw. 15 für i1 und i2 als Funktionen von Ip und Im gezeigt. Wenn i2 von i1 subtrahiert wird, ist das Resultat in Gleichung 17 zu sehen. Da i1–i2 gleich oder größer Ith sein muß, 19, ist der Ausdruck für Ith als eine Funktion von Ip und Im in Gleichung 21 gezeigt. Aus dieser Betrachtung ist ersichtlich, daß Ip – Im ausreichend groß sein muß, um sicherzustellen, daß i1–i2 den Grenzwert überschreitet. Wenn unter normalen Sicherheitsbedingungen die Differenz zwischen Ip und Im nicht groß genug ist, ist auch die Differenz zwischen a und b (Stromverteilungskoeffizienten) klein, was es sehr schwer macht, die Gleichung 21 zu halten. Bei einer realen Anwendung bedeutet dies, daß der Empfänger gegenüber Störsignalen sehr robust ist, nachdem er in den Sicherheitsmodus eingetreten ist. Aus 21 ist ersichtlich, daß Gleichtaktstromstörsignale einander aufheben, was diese Ausführungsform gegenüber Gleichtaktstromstörsignalen sehr robust macht. Bei einer bevorzugten Ausführungsform toleriert die vorliegende Erfindung 100 μA Differenzstromstörsignal. Andere Ausführungsformen können mit größerer Störsignal-Unempfindlichkeit ausgelegt werden. Es ist zu beachten, daß i1 und i2 beide positiv sind, jedoch ungleiche Werte haben. Wenn sie gleich wären, wäre keine Differenz beim Auftreten einer Logikpegeländerung vorhanden. Diese Ströme sind gewöhnlich einander nicht gleich, ausgenommen bei einem gemeinsamen Leitungskurzschluß. Unter diesen Bedingungen hält der Empfänger das stabile Ausgangssignal mit internen SicherheitsBias-Spannungstransistoren Pf1 und Nf1 in 4. Dieses Offset sorgt für die Sicherheitswirkung der vorliegenden Erfindung, aber bei einer bevorzugten Ausführungsform erzeugt ein Offsetstrom von nur ungefähr 20 μA einen sehr geringen zusätzlichen Energieverbrauch, und die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verbraucht praktisch keine zusätzliche Chipfläche.
  • 2 zeigt eine Stromtreiberschaltung, die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Wenn dabei V1 niedrig ist, ist P1 aktiv, und I1 mit 1 mA fließt über P1 als Ip ab. Wenn V2 hoch ist, ist N2 aktiv, und I2 mit 0,5 mA fließt als negativer Im über N2 ab. Bei Umkehrung der logischen Zustände von V1 und V2 fließt I2 als negativer Ip ab und I1 fließt als positiver Im ab. Typischerweise ist für die vorstehende Operation V2 als der logische Kehrwert von V1 ausgelegt. Wenn jedoch P1, P2, N1 und N2 jeweils unabhängig angesteuert werden (nicht gezeigt), ist es möglich, alle abzuschalten, so daß kein Strom in den Übertragungsleitungen verbleibt. Es ist zu beachten, daß keine Gleichtaktrückkopplungsschaltung (CMFB) vorhanden ist, um den Gleichtaktpegel der Ausgangsspannung zu stabilisieren. Typischerweise ist diese Art von Ausgangstreiber bei Niedrigspannungs-Differentialsystemen üblich. Das vorliegende System benötigt die CMFB-Schaltung nicht, da der spezielle Empfänger 54 verwendet wird. Indem die CMFB-Schaltung nicht verwendet wird, werden Chipfläche und Energie eingespart.
  • 3 ist ein Schema einer Strommeßschaltung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dabei sind zwei diodengekoppelte NMOS-Transistoren N3 und N4 vorgespannt, um I3 bzw. I4 von Strömen auf den Übertragungsleitungen abzuziehen. N3 und N4 können entlang der diodenartigen Kurve vorgespannt sein (nicht gezeigt), um einen eventuellen Grenzwert zu überwinden und eine Impedanz vorzusehen, die erheblich größer als Rt ist, so daß der Abschluß der Übertragungsleitungen minimal beeinflußt wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weisen N3 und N4 jeweils ungefähr 1 kOhm auf, obwohl andere Impedanzen verwendet werden können, wie das im Stand der Technik bekannt ist. Wenn N3 und N4 ungefähr 2 kOhm über eine äquivalente 100-Ohm-Übertragungsleitung aufweisen, kann Rt gleich 105 Ohm oder entsprechend höher oder niedriger gemacht werden, um einen geeigneten Übertragungsleitungsabschluß aufrechtzuerhalten. Wie jedoch bekannt ist, tritt wahrscheinlich auch dann ein gewisses unschädliches Nachschwingen aufgrund einer gewissen Impedanzfehlanpassung auf, wenn sorgfältig darauf geachtet wird, die Diodentransistoren in einem Hochimpedanzzustand zu halten. Wenn beispielsweise Rt 105 Ohm über eine 100-Ohm-Übertagungsleitung ist und die diodengekoppelten Transistoren aus irgendeinem mit der Verarbeitung zusammenhängenden Grund eine sehr hohe Impedanz aufweisen, wird die Fehlanpassung von 5 Ohm nur in einem Reflexionskoeffizienten von weniger als ungefähr 2,5% resultieren.
  • Es wird weiterhin auf 3 Bezug genommen. Wenn Ip +1 mA ist, ist Im –0,5 mA, und dann ist der Rückstrom Is durch die Abschirmungen 0,5 mA. N3 und N4 können so ausgelegt sein, daß It 0,65 mA ist, wobei N3 einen Strom I3 von 0,35 mA und N4 einen Strom I4 von 0,15 mA zieht. Die Differenz zwischen I3 und I4, also 0,2 mA, wird gemessen, wie nachstehend erläutert wird, um ein Logiksignal, etwa eine logische Eins, zu bezeichnen. Der negative Wert dieses Logiksignals wird gemessen, wenn Ip und Im die Stromwerte austauschen, wenn das Eingangssignal zu dem Stromtreiber den Zustand ändert. In diesem Zustand tauschen I3 und I4 die Stromwerte aus, und die Differenz von 0,2 mA wird als logische Null gemessen. Somit resultiert eine Logikänderung von Eins zu Null in einer Stromänderung von 0,4 mA.
  • 4 zeigt mehr im Detail eine vollständige Implementierung einer Empfängerschaltung der Blöcke von 1, die an dem Abschlußschaltungsende der beiden Übertragungsleitungen 50 und 52 positioniert ist. Der Rt ist zwischen Pin+ und Pin– geschaltet, wie gezeigt ist, wobei Ip und Im die beiden Enden von Rt treiben, wie in 3 zu sehen ist. 4 zeigt das Schema der Strommeßschaltung 54, der Stromverstärkungsschaltung 56 und der Strom-Spannungs- bzw. I/V-Umwandlungsschaltung 58.
  • In 4 ist die Strommeßschaltung 54 von einer Schaltung gebildet, die an jedem Ende von Rt angebracht ist, wobei jede Schaltung von einer Stromquelle I5 und I6 gespeist wird. Wie bekannt ist, sind diese Stromquellen typischerweise gebildet durch Vorspannen von PMOS-Transistoren an die positive Stromschiene 60. Die Strommeßschaltung für I3 weist N5–N8 auf. N7 und N8 und die Strommeßschaltung für I4 weisen N5'–N8' auf. N7 und N7' sind diodengekoppelte NMOS-Transistoren, die sich gleiche Drain-Ströme mit N8 bzw. N8' teilen. Da N7 und N8 den gleichen Drainstrom (I5) haben, ist die Gate-Source-Spannung für N7 und N8 gleich unter der Annahme angepaßter Transistoren. Die Erläuterung für N5–N7 in bezug auf I3 gilt unmittelbar für N5'–N7' in bezug auf I4 und wird daher nicht wiederholt. N6 ist ein diodengekoppelter Transistor, der so angeordnet ist, daß N5 einen gesteuerten transistorisierten linearen Widerstand bildet, um die diodengekoppelten Bauelemente von dem Knickbereich weg vorzuspannen und dadurch die Stromempfindlichkeit zu steigern. Die Widerstandswerte von N5 und N5' werden von der Gatespannung von N7 bzw. N7' gesteuert, die wiederum von dem Strom in den diodengekoppelten Bauelementen N6 und N6' abhängig ist. Somit wird die Strominformation von dem Meßelement (dem diodengekoppelten Bauelement) genutzt, um den Widerstandswert von N5 oder N5' so zu modifizieren, daß die effektive Stromdifferenz zwischen den beiden Armen vergrößert werden kann. Der Widerstandswert hat außerdem eine Dämpfungswirkung auf ein HF-Störsignal, das an dem Knotenpunkt A und Ab auftritt. In dieser Schaltungsanordnung steuern I5, N7 und N8 über den Spiegelbildeffekt I3 und die Spannungsabfälle über N5 und N6 wie folgt. Derselbe Strom fließt durch N5 und N6, so daß ihre Gate-Source-Spannungen einander gleich sind und mit der Spannung an Pin+ über den N7-Spiegel. Auf diese Weise kann die Offsetspannung des diodengekoppelten N6 kompensiert und die Impedanz von N6 gesteuert werden.
  • Die Gates von N9 und N10 sind mit dem Drain A von N6 verbunden unter Bildung eines Stromspiegels. Ebenso spiegeln N11 und N12 den Strom in N6'. N10 und N12 sind so bemessen, daß sie über B und Bb verstärkte Ströme liefern, die von der I/V-Umwandlungsschaltung erfaßt werden. Wenn sich I3 ändert, und zwar bei einer bevorzugten Ausführungsform von 0,15 mA zu 0,35 mA, wird diese Änderung an I9 und I10 über die Stromspiegel-Verstärkungsschaltung 56 reflektiert. SicherheitsBias-Spannungstransistoren Pf1 und Nf1 sind vorgespannt zur Bildung eines internen SicherheitsBias-Spannungsstroms, um den Ausgang in einem bekannten Zustand zu halten, nachdem der Empfänger in Sicherheitszustände wie etwa eine Energieabschaltung des Treibers oder einen Kabelkurzschluß eingetreten ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform können, wie im Stand der Technik bekannt, Bias1 und Bias2 mit Bandabstand-Bauelementen gebildet sein, die gemeinsam mit den Charakteristiken von Pf1 und Nf1 so gewählt sind, daß Erhaltungsströme von ungefähr 20 mA in I9 und I11 vorhanden sind. I10 kann als eine verstärkte Version der Änderung von I3 durch entsprechende Auslegung der Transistoren gebildet sein, was in der Technik bekannt ist. Außerdem ist P9 als diodengekoppelter Transistor ausgebildet und kann vorgespannt werden (nicht gezeigt), und I10 spiegelt I9, kann aber durch entsprechende Bemessung von P10 verstärkt werden. Die Gate-Source-Spannungen von P10 und P9 sind gleich. Das sorgt für die Stromverstärkung, so daß I10 eine verstärkte Version von I3 ist. Eine gleichartige Schaltung empfängt I4 und liefert eine verstärkte Version bei I12.
  • 58 in 5 zeigt eine Schaltung zur Spannungsumwandlung. Die beiden Ausgänge B und Bb werden den Gates von N13 bzw. N14 zugeführt. I13 und I14 sind jeweils Spiegel von I10 und I12. P13 und P14 sind Stromspiegel. Ein vollständiger Differentialbetrieb wird erhalten unter Verwendung von B und Bb unter Bildung einer Ausgangsspannung an C, die N15 und P15 treibt, die wirksam sind, um die CMOS-Logikpegel von Schiene zu Schiene zu liefern.
  • Es versteht sich, daß die oben beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft sind und viele Abwandlungen und Alternativen möglich sind. Der Umfang der vorliegenden Erfindung ist daher nur durch die beigefügten Patentansprüche gegeben.
  • Zusammenfassung
  • Es werden ein System und ein Verfahren beschrieben zum Empfangen von Differenzströmen in einer Gleichtaktschaltung. Wenn ein Zustand eintritt, in dem die Empfängereingänge floaten, nicht angetrieben sind, miteinander kurzgeschlossen sind oder einer oder beide Eingänge mit Masse kurzgeschlossen sind, bleibt das Ausgangssignal des Systems stabil. Diodengekoppelte MOS-Transistoren empfangen die ungleichen Ströme, und Stromspiegel verstärken die empfangenen Ströme. Diese verstärkten spiegelbildlichen Ströme werden differentiell verstärkt und in Spannungssignale umgewandelt, die für typische Computer- und Logiksysteme geeignet sind. Die differentielle Stromflußart der Erfindung sorgt für hohe Gleichtaktstrom- und Spannungsstörfestigkeit. Ein Grenzwert für die ungleichen Ströme ermöglicht hohe Differenzstrom- und Spannungsstörfestigkeit.

Claims (10)

  1. Sicherheitssystem für differentielle Stromflußlogik-Empfängerschaltungen, wobei ein Sicherheitszustand Empfängereingänge umfaßt, die floaten, nicht angetrieben sind, miteinander kurzgeschlossen sind oder einer oder beide mit Masse kurzgeschlossen sind, wobei das Sicherheitssystem folgendes aufweist: einen differentiellen Stromflußempfänger, der einen ersten und einen zweiten Eingang definiert, einen ersten Stromtreiber in den ersten Eingang und einen zweiten Stromtreiber in den zweiten Eingang, wobei der erste und der zweite Strom im Normalbetrieb zueinander nicht gleich sind, eine Einrichtung zum Messen der ungleichen Ströme und zum Abgeben eines Differenzstroms entsprechend den empfangenen ungleichen Strömen, wobei in allen definierten Sicherheitszuständen der von der Meßeinrichtung abgegebene Differenzstrom stabil bleibt.
  2. Sicherheitssystem nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung zum Messen folgendes aufweist: eine Einrichtung zum Ausbilden eines Differenzstromgrenzwerts, wobei dann, wenn der Grenzwert erreicht ist, die Einrichtung zum Messen einen geänderten Logikzustand abgibt.
  3. Sicherheitssystem nach Anspruch 1, das ferner folgendes aufweist: einen Differenzstromverstärker, der ausgebildet ist, um den von der Einrichtung zum Messen abgegebenen Differenzstrom zu akzeptieren und einen verstärkten Strom zu bilden, und einen Strom-Spannungs-Umwandler, der den verstärkten Strom akzeptiert und ein mit dem Logiksystem übereinstimmendes Spannungssignal ausgibt.
  4. Sicherheitssystem nach Anspruch 1, das ferner einen Widerstand aufweist, der zwischen den ersten und den zweiten Eingang geschaltet ist.
  5. Sicherheitssystem nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung zum Messen folgendes aufweist: eine erste Stromempfangsschaltung, die zwischen den ersten Eingang und einen Stromrücklaufweg zu den Stromtreibern geschaltet ist, und eine zweite Stromempfangsschaltung, die zwischen den zweiten Eingang und einen Stromrücklaufweg zu den Stromtreibern geschaltet ist.
  6. Sicherheitssystem nach Anspruch 5, wobei die erste und die zweite Stromempfangsschaltung diodengekoppelte MOS-Transistoren aufweisen.
  7. Sicherheitssystem nach Anspruch 6, das ferner Mittel zum Vorspannen jedes diodengekoppelten MOS-Transistors aufweist, so daß jeder für einen Stromrücklaufweg zu den Stromtreibern eine gegebene Impedanz hat.
  8. Sicherheitssystem nach Anspruch 5, das ferner Mittel aufweist, um die Ströme in der ersten Empfangsschaltung mit dem Strom in der zweiten Empfangsschaltung zu vergleichen.
  9. Sicherheitssystem nach Anspruch 8, wobei die Mittel zum Vergleichen folgendes aufweisen: eine erste verstärkende Stromspiegelschaltung, die einen ersten gespiegelten Ausgangsstrom des von der ersten Empfangsschaltung empfangenen Stroms liefert, eine zweite verstärkende Stromspiegelschaltung, die einen zweiten gespiegelten Ausgangsstrom des von der zweiten Empfangsschaltung empfangenen Stroms liefert, und eine Strom-Spannungs-Umwandlungsschaltung, die angeordnet ist, um den ersten und den zweiten Ausgangsstrom zu empfangen und eine Ausgangsspannung abzugeben, die zu der Differenz zwischen den Ausgängen der ersten und der zweiten verstärkenden Stromspiegelschaltung proportional ist.
  10. Verfahren zum Erzeugen eines Sicherheitszustandssystems für differentielle Stromflußlogik-Empfangsschaltungen, wenn Empfängereingänge floaten, nicht angetrieben sind, miteinander kurzgeschlossen sind oder einer oder beide davon mit Masse kurzgeschlossen sind, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Empfangen von externen differentiellen Störströmen mit einem differentiellen Stromflußlogik-Empfänger, der einen ersten und einen zweiten Eingang hat, Treiben eines ersten Stroms in den ersten Eingang und eines zweiten Stroms in den zweiten Eingang, wobei die Differenz zwischen dem externen Stromrauschen auf differentiellen Datenleitungen normalerweise nicht ausreichend hoch ist, um den Grenzwert zu überwinden, der von den Sicherheits-Bias-Spannungstransistsoren intern unter Sicherheitsbedingungen vorgegeben ist, wirksames Messen der ungleichen Ströme im Normalbetrieb und Abgeben eines stabilen bekannten Zustands unter Sicherheitsbedingungen.
DE112004002308T 2003-11-24 2004-11-08 Sicherheitssystem für Differentialschaltung auf der Basis eines Strommessschemas Withdrawn DE112004002308T5 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/720,568 US6927599B2 (en) 2003-11-24 2003-11-24 Failsafe for differential circuit based on current sense scheme
US10/720,568 2003-11-24
PCT/US2004/037144 WO2005054882A1 (en) 2003-11-24 2004-11-08 Failsafe for differential circuit based on current sense scheme

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE112004002308T5 true DE112004002308T5 (de) 2006-10-12

Family

ID=34591578

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112004002308T Withdrawn DE112004002308T5 (de) 2003-11-24 2004-11-08 Sicherheitssystem für Differentialschaltung auf der Basis eines Strommessschemas

Country Status (7)

Country Link
US (1) US6927599B2 (de)
JP (1) JP4919806B2 (de)
KR (1) KR101029669B1 (de)
CN (1) CN100568005C (de)
DE (1) DE112004002308T5 (de)
TW (1) TWI340541B (de)
WO (1) WO2005054882A1 (de)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7405593B2 (en) * 2005-10-28 2008-07-29 Fujitsu Limited Systems and methods for transmitting signals across integrated circuit chips
US7631953B2 (en) * 2006-03-31 2009-12-15 Lexmark International, Inc. Micro-fluid ejection apparatus signal communication devices and methods
US8446977B2 (en) * 2007-09-12 2013-05-21 Valery Vasilievich Ovchinnikov Method for transmitting discrete electric signals
CN102375465B (zh) * 2010-08-13 2013-11-13 联咏科技股份有限公司 线性稳压器及其电流感测电路
CN102426285B (zh) * 2011-09-14 2013-07-17 深圳航天科技创新研究院 一种用于双向电流采样的电流传感器
WO2013061272A1 (en) * 2011-10-28 2013-05-02 Koninklijke Philips Electronics N.V. Data communication with interventional instruments
US8896250B2 (en) 2012-10-24 2014-11-25 General Electric Company Methods to avoid a single point of failure
TWI451095B (zh) 2012-12-10 2014-09-01 Ind Tech Res Inst 電流偵測電路及其方法
US9075100B2 (en) * 2013-05-30 2015-07-07 Infineon Technologies Ag Method, device and circuitry for detecting a failure on a differential bus
KR101499431B1 (ko) * 2013-11-04 2015-03-06 코닝정밀소재 주식회사 유리기판 성형장치
US9667156B2 (en) 2015-03-06 2017-05-30 Fairchild Semiconductor Corporation Power supply with line compensation circuit
US10305495B2 (en) * 2016-10-06 2019-05-28 Analog Devices, Inc. Phase control of clock signal based on feedback
US10361732B1 (en) 2018-10-10 2019-07-23 Nxp Usa, Inc. Fault detection in a low voltage differential signaling (LVDS) system

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03242035A (ja) * 1990-02-20 1991-10-29 Nec Corp フェイルセーフ論理回路
CN2082868U (zh) * 1990-08-18 1991-08-14 杨伯 双通道差电压监控仪
US5488306A (en) * 1994-05-31 1996-01-30 International Business Machines Corp. Open and short fault detector for a differential interface
JP3454708B2 (ja) 1998-04-06 2003-10-06 矢崎総業株式会社 電流検出装置
JP3948864B2 (ja) * 1999-09-28 2007-07-25 富士通株式会社 レシーバ、トランシーバ回路および信号伝送システム
US6320406B1 (en) * 1999-10-04 2001-11-20 Texas Instruments Incorporated Methods and apparatus for a terminated fail-safe circuit
US6476642B1 (en) * 2000-07-17 2002-11-05 Agere Systems Guardian Corp. Differential current driver circuit
JP2002257869A (ja) 2001-02-28 2002-09-11 Sanyo Electric Co Ltd 電流検出回路
US6288577B1 (en) * 2001-03-02 2001-09-11 Pericom Semiconductor Corp. Active fail-safe detect circuit for differential receiver
US6650149B1 (en) * 2002-08-15 2003-11-18 Pericom Semiconductor Corp. Latched active fail-safe circuit for protecting a differential receiver

Also Published As

Publication number Publication date
CN1989414A (zh) 2007-06-27
KR101029669B1 (ko) 2011-04-15
CN100568005C (zh) 2009-12-09
KR20070006676A (ko) 2007-01-11
WO2005054882A1 (en) 2005-06-16
TWI340541B (en) 2011-04-11
US20050110515A1 (en) 2005-05-26
TW200522510A (en) 2005-07-01
JP2007512624A (ja) 2007-05-17
US6927599B2 (en) 2005-08-09
JP4919806B2 (ja) 2012-04-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69730724T2 (de) Leistungsendstufenschaltung mit niedriger impedanz sowie verfahren
DE19815878B4 (de) Ausgangstreiberschaltung und Verfahren zur Signalübertragung zwischen integrierten Halbleiterschaltungen unter Verwendung derselben
DE19922354A1 (de) LVDS-Treiber für Backplane-Anwendungen
DE60315631T2 (de) Operationsverstärker mit vergrössertem gleichtakt-eingangssignalumfang
DE112004002308T5 (de) Sicherheitssystem für Differentialschaltung auf der Basis eines Strommessschemas
DE69934629T2 (de) Differenzverstärker
DE2501288A1 (de) Anordnung zum verstaerken elektrischer signale
DE3120979A1 (de) Spannungsvergleicher
DE3416268A1 (de) Stromverstaerkungseinrichtung
EP0460263B1 (de) Lineare CMOS-Ausgangsstufe
DE102015106383A1 (de) Verstärkereingangsstufe und Verstärker
DE112004002311T5 (de) Stromübertragungslogikschaltung
DE19820248B4 (de) Ausgangspufferschaltkreis mit umschaltbarem Ausgangs-Gleichtaktpegel
DE112005000994T5 (de) Hochpassfilter, welcher isolierte Gate-Feldeffekttransistoren verwendet
DE19951620B4 (de) Differentialverstärkerschaltung
DE19803796A1 (de) Ausgangspuffer zum Ansteuern einer symmetrischen Übertragungsleitung
DE2842113A1 (de) Leckstromarme schutzschaltung fuer die gate-struktur von feldeffektbauelementen
DE19983726B4 (de) Schaltung für einen datenabhängigen Vorspannungspegel
DE4308518C2 (de) BiMOS-Verstärker
DE102021100323A1 (de) Schaltungen und Verfahren zum Verringern der Verzerrung in einem Verstärker
DE10100497B4 (de) Ein einen niedrigen Verdrahtungszeitversatz aufweisendes Taktnetzwerk mit Strommoduspuffer
EP0763916B1 (de) Empfängerschaltung mit konstantem Eingangswiderstand
DE3310978A1 (de) Verstaerkerschaltung
EP1101279B1 (de) Verstärkerausgangsstufe
EP0239844B1 (de) Schaltungsanordnung zur Zeitregeneration von Breitband-Digitalsignalen

Legal Events

Date Code Title Description
R120 Application withdrawn or ip right abandoned

Effective date: 20111111

R012 Request for examination validly filed

Effective date: 20111024