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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung basiert auf der am 24. September 2015 eingereichten
Japanischen Patentanmeldung Nr. 2015-186797 ; auf den dortigen Offenbarungsgehalt wird hier vollinhaltlich Bezug genommen.
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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kommunikationsknoten, der an eine Übertragungsleitung zur Übertragung eines Differenzsignals angeschlossen ist.
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STAND DER TECHNIK
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Beim Übertragen eines digitalen Signals über eine Übertragungsleitung kann auf der Empfangsseite Nachschwingen bzw. Ringing, d.h. eine Wellenformverzerrung eines Signals, wie z.B. Über- oder Unterschwingen, entstehen, da ein Teil der Signalenergie reflektiert wird, wenn sich ein Signalpegel ändert. Im Stand der Technik werden verschiedene Verfahren zur Beschränkung der Verzerrung der Wellenform vorgeschlagen.
JP-5498527-B2 offenbart beispielsweise ein Verfahren zur Beschränkung des Nachschwingens, indem eine Impedanz nur innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne eingestellt wird, die die Kommunikation nicht beeinflusst, während sich ein Spannungspegel in der Übertragungsleitung zwischen einem niedrigen Pegel und einem hohen Pegel ändert (siehe
8 bis
11).
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In der fünften Ausführungsform der
JP-5498527-B2 wird ein Element zur Beschränkung des Nachschwingens durch eine Struktur derart bereitgestellt, dass ein N-Kanal-MOSFET und ein P-Kanal-MOSFET parallel zwischen eine Hochpotential-Signalleitung und eine Niederpotential-Signalleitung angeschlossen werden. Der N-Kanal-MOSFET wird mit einer Spannung zwischen einer Energiequelle, die eine Spannung Vcc aufweist, und der Niederpotential-Signalleitung betrieben. Der P-Kanal-MOSFET wird mit einer Spannung zwischen der Hochpotential-Signalleitung und einer Masse betrieben. Auch wenn ein Offset in einem Massepotential am Kommunikationsknoten erzeugt wird, beschränkt mindestens entweder der N-Kanal-MOSFET oder der P-Kanal-MOSFET das Nachschwingen.
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LITERATUR ZUM STAND DER TECHNIK
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PATENTLITERATUR
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Patentliteratur 1:
JP-5498527-B2 -
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Falls jedoch der Offset nicht im Massepotential am Kommunikationsknoten erzeugt wird, kann ein Beschränkungseffekt des Nachschwingens verringert sein, wenn nur der N-Kanal-MOSFET oder der P-Kanal-MOSFET aufgrund des Auftretens des Offsets arbeitet, verglichen mit einem Fall, in dem sowohl der N-Kanal-MOSFET als auch der P-Kanal-MOSFET gleichzeitig arbeiten.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kommunikationsknoten zur Beseitigung einer Differenz in einem Massepotential bereitzustellen.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung erfasst ein Kommunikationsknoten ein Zwischenpotential zwischen einem Signalleitungspaar mittels eines Zwischenleitungs-Potentialdetektors und ein Zwischenpotential einer Betriebsenergiequellenspannung, die am Kommunikationsknoten anliegt, mittels eines Knotenpotentialdetektors. Ein Spannungseinsteller (8) erfasst eine Differenz zwischen dem Zwischenpotential, das durch den Zwischenleitungs-Potentialdetektor erfasst wird, und dem Zwischenpotential, das durch den Knotenpotentialdetektor erfasst wird, und stellt die Betriebsenergiequellenspannung entsprechend der Differenz ein.
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Das obige System stellt die Differenz automatisch auf null ein, sogar wenn die Differenz des Massepotentials zwischen den Kommunikationsknoten bei mehreren Kommunikationsknoten entsteht, die in einem Anfangszustand an die Übertragungsleitung angeschlossen sind. Dementsprechend wird der Pegel des durch die Übertragungsleitung an jeden Kommunikationsknoten übertragen Differenzsignals entzerrt und die Kommunikation wird deshalb sicher durchgeführt.
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Figurenliste
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Die ausgeführten und weitere Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die zugehörigen Figuren. Es zeigt:
- 1 ein Blockschaltbild, das die Struktur eines Kommunikationsknotens gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt;
- 2 ein Blockschaltbild, das die Struktur eines Kommunikationsknotens gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt;
- 3 ein Blockschaltbild, das die Struktur eines Kommunikationsknotens gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt;
- 4 ein Blockschaltbild, das die Struktur eines Kommunikationsknotens gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt.
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AUSFÜHRUNGSFORMEN ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
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(Erste Ausführungsform)
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Eine in 1 gezeigte und im Kommunikationsknoten 1 vorgesehene Sende- und Empfangsschaltung 2 ist an eine Übertragungsleitung 3 angeschlossen, die ein Signalleitungspaar, d.h. eine Hochpotential-Signalleitung 3P und eine Niederpotential-Signalleitung 3N, aufweist. Hier kann es sich anstelle die Sende- und Empfangsschaltung 2 um eine Sendeschaltung und/oder eine Empfangsschaltung handeln. Eine Energiequellenspannung VB (nachfolgend als Versorgungsspannung VB bezeichnet), die einen Spannungswert von 12 Volt aufweist, wird von einer externen Energiequelle 5 an eine Konstantspannungsschaltung 4 geliefert. Die Konstantspannungsschaltung 4 wird z.B. durch eine Bandgap-Referenzschaltung o.ä. gebildet. Die Konstantspannungsschaltung 4 erzeugt eine Betriebsenergiequellenspannung VDD (nachfolgend als Betriebsspannung VDD bezeichnet), die beispielsweise eine Spannung von 5 Volt aufweist, gemäß der Versorgungsspannung VB, und versorgt die Sende- und Empfangsschaltung 2 und dergleichen. Die Sende- und Empfangsschaltung 2 betreibt die Übertragungsleitung 3, um ein Differenzsignal an andere Kommunikationsknoten zu übertragen. Darüber hinaus empfängt die Sende- und Empfangsschaltung 2 das von anderen Kommunikationsknoten ausgegebene Differenzausgangssignal über die Übertragungsleitung 3.
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Eine Buszwischenpotential-Erfassungsschaltung 6 ist zwischen der Hochpotential-Signalleitung 3P und der Niederpotential-Signalleitung 3N angeschlossen. Die Buszwischenpotential-Erfassungsschaltung 6 wird nachfolgend auch als Zwischenleitungspotential-Erfassungsschaltung oder Zwischenleitungs-Potentialdetektor bezeichnet. Die Buszwischenpotential-Erfassungsschaltung 6 wird beispielsweise von einer Spannungsteilerschaltung, die zwei miteinander in Reihe angeschlossene Widerstände aufweist, gebildet und erfasst ein Zwischenpotential VMB zwischen den Leitungen 3P, 3N. Der Standardwert des Zwischenpotentials VMB ist beispielsweise 2,5 V. Wenn die Übertragungsleitung 3 in einem Nicht-Betriebszustand ist, ist sowohl das Potential der Signalleitung 3P als auch das Potential in der Signalleitung 3N gleich dem Zwischenpotential VMB. Das Zwischenpotential VMB wird an einem Empfangsknoten entsprechend dem Massepotential als ein Standard des Sendeknotens für das Übertragen des Differenzsignals geändert.
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Eine Knotenzwischenpotential-Erfassungsschaltung 7 (nachfolgend als Objekt- bzw. Subjektknotenzwischenpotential-Erfassungsschaltung bezeichnet) ist zwischen der Betriebsspannung VDD und der Masse GND des Kommunikationsknotens 1 angeschlossen. Die Knotenzwischenpotential-Erfassungsschaltung 7 wird in ähnlicher Weise durch eine Spannungsteilerschaltung gebildet, die zwei miteinander in Reihe geschaltete Widerstände aufweist, und erfasst ein Zwischenpotential VMN der Betriebsspannung VDD des Kommunikationsknotens 1. Das Zwischenpotential VMN weist eine Referenzspannung von 2,5 Volt, bezogen auf die Masse GND, auf. Die Knotenzwischenpotential-Erfassungsschaltung 7 wird nachfolgend auch als Knotenpotential-Erfassungsschaltung oder Knotenpotentialdetektor bezeichnet.
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Die Zwischenspannungen VMB, VMN werden einer Differenzverstärkerschaltung 8 zugeführt und ein Ausgangsanschluss der Differenzverstärkerschaltung 8 ist an die Masse GND angeschlossen. Die Differenzverstärkerschaltung 8 ist auch als Spannungseinstellschaltung oder Spannungseinsteller definiert. Die Differenzverstärkerschaltung 8 gibt eine Spannung entsprechend einer Differenz zwischen den Zwischenspannungen VMB, VMN aus, so dass die Differenzverstärkerschaltung 8 ein Potential der Masse GND am Kommunikationsknoten selbst einstellt.
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Als Nächstes wird ein Betrieb der vorliegenden Ausführungsform erklärt. Es wird beispielsweise angenommen, dass das von einem anderen Kommunikationsknoten, der nicht in der Zeichnung dargestellt ist, übertragene Differenzsignal vom Kommunikationsknoten 1 empfangen wird. Für den Fall, dass keine Potentialdifferenz zwischen dem Massepotential des anderen Kommunikationsknotens und dem Potential der Masse GND des Kommunikationsknotens 1 vorhanden ist, ist das Zwischenpotential VMB bezogen auf die Masse GND, das der Differenzverstärkerschaltung 8 als Referenzpotential zugeführt wird, gleich dem Zwischenpotential VMN. Die Ausgangsspannung der Differenzverstärkerschaltung 8 ist dementsprechend ein Nullpegel.
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Andererseits, wenn eine Potentialdifferenz zwischen dem Massepotential des anderen Kommunikationsknotens und dem Potential der Masse GND des Kommunikationsknotens 1 vorhanden ist, ist das Zwischenpotential VMB nicht gleich dem Zwischenpotential VMN. Folglich ist die Ausgangsspannung der Differenzverstärkerschaltung ein bestimmter Pegel, der der Potentialdifferenz entspricht. Dadurch wird das Potential der Masse GND eingestellt. Somit folgt die Betriebsspannung VDD, die von der Konstantspannungsschaltung 4 ausgegeben wird, immer der Massenpotentialdifferenz. Demzufolge wird das Potential der Masse GND immer so eingestellt, dass VMB und VMN gleich bleiben (VMB=VMN).
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform erfasst die Buszwischenpotential-Erfassungsschaltung 6 das Zwischenpotential VMB zwischen den Signalleitungen 3P, 3N. Die Knotenzwischenpotential-Erfassungsschaltung 7 erfasst das Zwischenpotential VMN der Versorgungsspannung, die den Kommunikationsknoten selbst versorgt. Die Differenzverstärkerschaltung 8 erfasst die Differenz zwischen den Zwischenpotentialen VMB, VMN und stellt die Betriebsspannung entsprechend der Differenz ein.
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Die Differenzverstärkerschaltung 8 stellt insbesondere das Massepotential der Konstantspannungsschaltung 4 entsprechend der Differenz zwischen den Zwischenpotentialen VMB und VMN ein. Die Potentialdifferenz wird mittels dieses Systems sogar dann automatisch auf null eingestellt, wenn die Differenz der Massepotentiale zwischen den Kommunikationsknoten, die an die Übertragungsleitung 3 angeschlossen sind, in einem Anfangszustand auftritt. Der Pegel des über die Übertragungsleitung 3 an jeden Kommunikationsknoten übertragenen Differenzsignals wird dementsprechend entzerrt bzw.vergleichmäßigt und die Kommunikation wird deshalb sicher durchgeführt.
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(Zweite Ausführungsform)
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Gleichen Teilen aus der ersten Ausführungsform werden die gleichen Bezugszeichen zugeteilt und deren Erklärung wird übersprungen. Unterschiedliche Teile werden erklärt. Der in 2 gezeigte Kommunikationsknoten 1 gemäß der zweiten Ausführungsform weist eine Hochsetz- und Tiefsetzschaltung 12 bzw. eine Step-Up- und Step-Down-Schaltung auf, die auf einer Ausgangsseite der Konstantspannungsschaltung 4 angeordnet ist. Die Hochsetz- und Tiefsetzschaltung 12 kann z.B. durch eine Ladungspumpenschaltung bereitgestellt. Die Hochsetz- und Tiefsetzschaltung 12 erzeugt die Betriebsspannung VDD mit oder ohne hochsetzen oder tiefsetzen der Ausgangsspannung der Konstantspannungsschaltung 4 und führt die Betriebsspannung VDD der Sende- und Empfangsschaltung 2 und dergleichen zu. Die Ausgangsspannung der Differenzverstärkerschaltung 8 wird an die Hochsetz- und Tiefsetzschaltung 12 angelegt, so dass die Hochsetzrate oder die Tiefsetzrate der Hochsetz- und Tiefsetzschaltung 12 entsprechend der Ausgangsspannung gesteuert wird.
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Dadurch steuert die Differenzverstärkerschaltung 8 im obigen System gemäß der zweiten Ausführungsform die Hochsetzrate oder die Tiefsetzrate der Hochsetz- und Tiefsetzschaltung 12 entsprechend der Differenz zwischen den Zwischenpotentialen VMB, VMN, und dadurch werden ähnliche Effekte wie bei der ersten Ausführungsform erzielt.
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(Dritte Ausführungsform)
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Wie in
3 gezeigt, hat ein Kommunikationsknoten
21 gemäß der dritten Ausführungsform zusätzlich zum Kommunikationsknoten
1 der ersten Ausführungsform eine Verzerrungsbeschränkungsschaltung
22, die, ähnlich wie in der
JP-5498527-B2 , eine Funktion zur Begrenzung des Nachschwingens aufweist, das in der Übertragungsleistung
3 erzeugt wird. Der N-Kanal MOSFET
23 (nachfolgend als FET
23 bezeichnet) ist als Zwischenleitungsschaltelement zwischen der Hochpotential-Signalleitung
3P und der Niederpotential-Signalleitung
3N angeschlossen. Das Gate des FET
23 wird durch den Widerstand
24 auf die Betriebsspannung VDD hochgezogen.
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Ein Detektor
25 für eine steigende Flanke und eine fallende Flanke wird auch als ein Anstiegsflanken-und-Abfallflanken-Detektor bezeichnet. Der Detektor
25 ist zwischen der Hochpotential-Signalleitung
3P und der Niederpotential-Signalleitung
3N angeschlossen. Wenn der Detektor
25 die steigende Flanke oder die fallende Flanke des über die Übertragungsleitung
3 übertragenen Differenzsignals erfasst, gibt der Detektor 25 ein Erfassungssignal an eine Schaltsteuereinheit
26 (auch als Schaltsteuerung bezeichnet) aus. Ein sich normalerweise im Aus-Zustand befindlicher bzw. selbstsperrender Schalter
27 ist zwischen dem Gate des FET
23 und der Niederpotential-Signalleitung
3N angeschlossen. Die Schaltsteuerung
26 steuert den Schalter
27, zum Ein- und Ausschalten. Der Schalter
27 kann z.B. durch einen MOSFET ähnlich wie in
JP-5498527-B2 gebildet werden. Der Anstiegsflanken-und-Abfallflanken-Detektor
25, die Schaltsteuerung
26 und der Schalter
27 werden auch als Schaltsteuerschaltung oder Schaltsteuereinheit bezeichnet.
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Als Nächstes wird der Betrieb der dritten Ausführungsform erklärt. Wenn die Verzerrungsbegrenzungsschaltung
22 ähnlich wie in
JP-5498527-B2 arbeitet, erfasst der Anstiegsflanken-und-Abfallflanken-Detektor
25 die fallende Flanke des Differenzsignalpegels, das sich von einem hohen Pegel zu einem niedriges Pegel ändert, und gibt dann das Erfassungssignal aus. Die Schaltsteuerung
26 steuert anschließend den Schalter
27, um ab diesem Zeitpunkt nur während einer vorbestimmten Periode abzuschalten, so dass der FET
23 im Ein-Zustand ist. Dadurch wird die Impedanz zwischen den Signalleitungen
3P,
3N reduziert. Dementsprechend wird das Nachschwingen eingeschränkt, das erzeugt wird, wenn sich der Differenzsignalpegel von einem hohen Pegel zu einem niedrigen Pegel ändert.
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Der selbstsperrende Schalter
27 in der dritten Ausführung ist deshalb zwischen dem Gate des FET
23 und der Niederpotential-Signalleitung
3N angeschlossen. Die Schaltsteuerung
26 steuert den Schalter
27, zum Ein- und Auszuschalten, so dass die Impedanz zwischen den Signalleitungen
3P,
3N reduziert wird. Dadurch wird das Nachschwingen ähnlich wie in
JP-5498527-B2 beschränkt. Ferner wird die Beschränkungseffekt des Nachschwingens durch das Einstellen der Massepotentialdifferenzen zwischen den Kommunikationsknoten deutlich verbessert.
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(Vierte Ausführungsform)
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Ein in 4 gezeigter Kommunikationsknoten 31 gemäß einer vierten Ausführungsform weist zusätzlich zum Kommunikationsknoten 11 der zweiten Ausführungsform die Verzerrungsbegrenzungsschaltung 22 der dritten Ausführungsform auf. Dieses System stellt einen ähnlichen Effekt wie die dritte Ausführungsform bereit.
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(Modifikationen)
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Die obige Erfindung kann wie folgt modifiziert und erweitert werden.
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Das Hochsetzen bewirkt, dass der Spannungsverstärkungsfaktor größer als 1 wird. Das Tiefsetzen bewirkt, dass der Spannungsverstärkungsfaktor kleiner als 1 wird. Dementsprechend kann die Hochsetz- und Tiefsetzschaltung durch eine Verstärkerschaltung zur Verfügung gestellt werden, die einen veränderbaren Verstärkungsfaktor aufweist.
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Das Zwischenleitungsschaltelement kann ein P-Kanal-MOSFET sein und die Beschaffenheit, ähnlich der in
JP-5498527-B2 , kann entsprechend für den P-Kanal-MOSFET angewendet werden. Ferner kann, ähnlich der fünften Ausführungsform der Patentliteratur
1, das Zwischenleitungsschaltelement, auch durch einen N-Kanal-MOSFET und einen P-Kanal-MOSFET bereitgestellt werden, die parallel zueinander angeschlossen sind.
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Die Energiequellenspannung und dergleichen können gemäß einem individuellen Entwurf geändert werden.
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Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf deren Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht es sich, dass die Offenbarung nicht auf die Ausführungsformen und Konstruktionen begrenzt ist. Die vorliegende Offenbarung schließt verschiedene Abwandlungen und gleichwertige Anordnungen ein. Ferner sind die verschiedenen Kombinationen und Konfigurationen, ebenso andere Kombinationen und Konfigurationen einschließlich mehr, weniger oder nur einzelne Elemente im Rahmen und Umfang der vorliegenden Offenbarung enthalten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2015186797 [0001]
- JP 5498527 B2 [0003, 0004, 0005, 0021, 0022, 0023, 0024, 0028]
