DE2718473A1

DE2718473A1 - Schaltungsanordnung zur signaluebertragung

Info

Publication number: DE2718473A1
Application number: DE19772718473
Authority: DE
Inventors: Stefan Dipl Ing Just
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1977-04-26
Filing date: 1977-04-26
Publication date: 1978-11-02
Also published as: FR2389285B1; BR7802532A; JPS53133341A; SE7804620L; SE426107B; NL7804376A; FR2389285A1; GB1560197A; IT1095211B; IT7822617A0; CA1094691A; JPS5759572B2; DE2718473C3; DE2718473B2

Description

2718^73

PHILIPS PATENTVERWALTUNG GMBH, Steindamra 9h, 2000 Hamburg 1

"Schaltungsanordnung zur Signalübertragung"

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum parallelen Übertragen von Signalen über mehrere parallele Leitungen, bei. denen ein bestimmter Signalzustand auf der einen Leitung die Gültigkeit der Signal auf den anderen Leitungen anzeigt, wobei die Signale aller Leitungen parallel eine Anzahl Gruppen von Schaltgliedern durchlaufen und jede Gruppe für jede Leitung die gleiche Anzahl Schaltglieder enthält und in jeder Gruppe

PHD 77-029 - 2 -

809844/0265

PHILIP3 PATENTVL'^'ALTUNC GMBH Hamburg, 25· April 1977

Schaltglieder für jeweils eine Anzahl Leitungen in einer einzigen integrierten Halbleiterschaltung zusammengefaßt sind.

Eine derartige Schaltungsanordnung \-rird bei elektronischen Rechenanlagen verwendet, be j dciiMi eine zentrale Steuereinheit über cine Vielfachleitung, dom sogenannten Datenbus, mit einer Anzahl Peripheriegeräte vc;i 1 uncien j s I;, wobei die Peripheriegeräte bezüglich des Dr. I onbuGSt;:; in Reihe geschaltet sind. Dadurch müssen die für das in der Reihe am Ende liegende Peripheriegerät bo.^r i.imi; ten Hignale alle davor-3 ii?;end.yn Pcripheriegoriitc durclilD .'fer:. In jedem Peripheriegerät durchlaufen die Signale parallel eine Anzahl von Schaltgliedern, die verstärkend v/irkon und verzerrte Impulse wieder j.n Rechteckimpulse umv/andi/l.n.

Diese Schaltglieder verursachen nun ,jeweils eine gewisse Verzögerung der Signale, v/obei die Vr-rzcgerungszeiten der einzelnen Signale untereinander verschieden sein können. Dadurch erscheint der Beginn der Si^riaizustände auf den einzelnen Leitung on, der sich von: Ruhezustand unterscheidet, bei den einzelnen Peripheriegcräten ,"-u. unterschiedlichen Zeiten. Damit diese Signale erst dann parail? 1 ausgewertet \</erden, wenn

PHD 77-029 - 3 -

809844/026S

PHILIPS PATENTVJ^WAIYUNC- GH:'»! Hamburg, 25. April 1977

ale an der betreffenden Empfangsstelle ihren eingeschwungenen Zustand erreicht haben, wird auf einer der Leitungen ein Signal übertragen, das auch als Taktsignal bezeichnet wird und bei dem ein bestimmter Signalzustand anzeigt, daß die Signale auf den anderen Leitungen in diesem Augenblick gültig sind. Dieses Taktsignal kann verzögert nach den übrigen Signalen ausgesendet werden.

Bei dem Durchlaufen einer längeren Kette von Peripheriegeräten mit jeweils einer Gruppe von Schaltgliedern können die Toleranzen zufällig so verteilt sein, daß das Taktsignal jeweils die Schaltglieder mit den geringsten Verzögerungszeiten durchläuft und dann am Ende der Kette früher erscheint als ein anderes Signal, das zufällig jeweils Schaltglieder mit maximaler Verzögerungszeit durohläuft. Um dies zu verhindern, kann das Taktsignal eine solche Zeitspanne nach den anderen Signalen ausgesendet werden, daß es auch bei ungünstigster Toleranzverteilung der Verzögerungszeiten in den Schaltgliedern nach dem Einschwingen des Signals mit maximaler Verzögerungszeit erscheint. Dadurch wird aber die maximale übertragungsgeschwindigkeit der Signale, d.h. die schnellste Folge verschiedener Signale, sehr stark verringert, insbesondere

PHD 77-029 - 4 -

809844/0285

PHILIPS PATENTVE':\h:JΛUKJ ClMJ-II Hamburg, 25. April 1977

po/ie 2718A73

wenn bei einem stark verzögert aufgewandten Taktsignal diese« gerade zufällig die Schaltglieder mit maximaler Veraögerungszeit durchläuft, wobei außerdem noch zu berücksichtigen ist, daß die Anzahl der Peripheriegeräte und damit die Anzahl der Gruppen von Schaltgliedern sowie die Länge der dazwischenliegenden Leitungen nicht immer konstant sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung anzugeben, bei der gewährleistet wird, daß selbst bei einem mit den übrigen Signalen gleichzeitig ausgesandten Taktsignal auf der einen Leitung dieses auf" keinen Fall an der Empfangsstelle früher erscheint, als die Signale auf den anderen Leitungen ihren eingeschwungenen Zustand erreicht haben, wobei die maximale Übertragungsgeschwindigkeit der Signale auf den Leitungen weitgehend ausgenutzt wird. Diese· Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in jeder Gruppe die Signale der einen Leitung parallel in jeder integrierten Halbleiterschaltung die gleiche Anzahl von Schaltgliedern durchlaufen wie die Signale der anderen Leitungen, daß die Ausgänge der integrierten Halbleiterschaltungen für die eine Leitung so miteinander verknüpft sind, daß das Signal auf dieser Leitung am zugehörigen Ausgang der Gruppe nicht

PHD 77-029 - 5 -

809844/0265

PHILIPS PATENTVEi;;'/, LTUHG GHBH HiJinburg, ?. 15. April 1977

Po/ie 2 7 1 8 A 7 3

eher erscheint, als bis en alle integrierten Halbleiterschaltungen durchlaufen hat. Diese Maßnahmen beruhen im v/es ent! ir.hen auf eier Erkenntnis, daß Schaltglleder, die \\\ einer integrierten Halbleiterschaltung zusammengefaßt sind, untereinander wenig Streuung der Verzögerungszeilen iu>fv.'eisen. Das TaId".ro.gr.nl wird dann in jeder Gruppe um mindestens die Zeitspanne vr-r:inr;ert, v:j r d:<v Signale mit maximaler Ver- ;:<igerungszei1 , jedooh nicht wesentlich mehr. Auf diese V,'ei::e oi'schoiiit dar, 'L'rti tr,j.gnal aucli bei einer längerei) Kette von Gruppen ν~·η Ί:-ha ?.tgl J odern nur kurze Zeit nach dem Ein- £.-ohv.'.i ngc.π d>·; '>·. ί /',η-ι' :ι πι3 ■■; gr«JMl;er Ver'zügerung;;zei t, unabh^:mgig vti πι-:- V- -j-'to 1! i:n;- der 'IVleranzen.

Iv-: ist 7Y-'-^W'.ι'-· ^:JJg, naß in jeder Gruppe das erste SchaltgJied ein Regeü'-rI ( i V( j'Gtäriier, insbesondere ein Schmitt-Trigger i.'it, und ier Ausgang des Regeiierierverstärkers für die eine Leitung ,!.Iv dpj.-i Eingang eines Regenerierverstärkers aller entsprechend'.:!¹ integiierten Halbleiterschaltungen einer Gruppe vc-m b¹. .f^n ist. Diese Regenerierverstärker erzeugen aus den ":\?.\y.:■') ;en. dit> r.»m linde einer Leitung und damit am Eingang ■. . fu;-· Gruppe durch Leitungskapazitäten und andere '^oilii;-: '«:■.<-.· rf erscheinen, vaeder gute Rech tee¹-:, impulse. U?n die ]^; ::i...^; Tv. der Taktsignale auf der einen Leitung zu

IHD 77-C-."/}

809844/026S

PHILIPS PATENTVEaVATTUNrc GMBH Hamburg, 25.April 1977

- JeT-

zu begrenzen und um eine gewisse Sicherheit bei der Verzögeimg des Taktsignals zu erreichen, wird dieses also tun die Verzögerungszeit des direkt an diese eine Leitung für das Taktsignal angeschlossenen Regenerierverstärkers zusätzlich verzögert.

Es ist femer zweckmäßig, daß in jeder Gruppe für jede Leitung auf den Regenerierverstärker eine UND-Verknüpfungsschaltung folgt und die Ausgänge der entsprechend ausgebildeten Verknüpfungsschaltungen für die eine Leitung bis auf die direkt mit dem Regenerierverstärker für diese Leitung verbundene Verknüpfungsschaltung miteinander und mit einem Steuereingang der letzteren Verknüpfungsschaltung verbunden sind. Die UND-Verknüpfungsschaltung ist allgemein ohnehin aus Steuerungsgründen notwendig. Das Verknüpfungsgatter der einen Leitung für das Taktsignal kann in der angegebenen Weise dafür verwendet werden, daß das Taktsignal erst nach der Verzögerungszeit der Halbleiterschaltung mit maximaler Verzögerung am Ausgang der Gruppe erscheint, wobei die Verzögerungszeit der Verknüpfungsschaltung für das Taktsignal als Sicherheit noch hinzugefügt wird.

PHD 77-029 - 7 -

809844/0265

PHILIPS PATENTVERWALTUNG GM3H Hamburg, 25. April 1977

-sr-

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen?

Fig.1 den schematischen Aufbau eines Teils der gesamten Anlage,

Fig.2 schematisch den Aufbau einer Gruppe, Fig.3 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Wirkung der Schaltung nach Fig.2.

In Fig.1 ist die zentrale Steuereinheit (CPU) 1 über eine Anzahl Leitungen 2 mit einem Peripheriegerät 3 verbunden, über die Leitungen 2 werden Daten, Steuersignale und ein Taktsignal übertragen. Da eine übertragung von der zentralen Steuereinheit weg wie auch dazu hin möglich sein muß, können die Leitungen 2 aus zwei Leitungsgruppen bestehen, die jeweils einer übertragungsrichtung zugeordnet sind, oder es handelt sich um einen bidirektionalen Datenbus, bei dem jede Leitung bzw. ein Teil der Leitungen Informationen wahlweise in einer von beiden Richtungen übertragen kann. Die Maßnahmen nach der Erfindung können in beiden Fällen angewandt werden, da die beiden Übertragungsrichtungen in der Gruppe 4 von Schaltgliedern innerhalb des Peripheriegerätes 3 auf verschiedene Gruppen von Schaltgliedern aufgeteilt werden. Daher

PHD 77-029 - 8 -

809844/0265

PHILIPS PATENTVERWALTUNG GMT3H Hamburg, 25 .April 1977

wird im folgenden nur die übertragung in einer Richtung beschrieben.

In der Gruppe 4 von Schaltgliedern v/erden die von der zentralen Steuereinheit 1 kommenden Signale auf die Steuerung 5 des Peripheriegerätes 3 umgeleitet, wenn die Signale für dieses Peripheriegerät bestimmt sind, was durch nicht näher erläuterte Maßnahmen über die Leitung 6 gesteuert wird, oder anderenfalls über die Leitung 7 auf das nächste Peripheriegerät 8 übertragen. Dieses enthält ebenfalls eine Gruppe 9 von Schaltgliedern, die unter Steuerung des Signals auf der Leitung 11 die Signale auf den Leitungen 7 zur Steuerung 10 durchschalten oder über die Leitung 12 auf die nächsten, nicht mehr dargestellten Peripheriegeräte weiterleiten.

Ein Beispiel für den Aufbau der Gruppe 4 bzw. 9 von Schaltgliedern ist in Fig.2 dargestellt. Die Leitungen 20 bis 29 führen auf den Eingang je eines zugeordneten Regeneriervsrstärkers 40 bis 49, der beispielsweise als Schmitt-Trigger ausgebildet sein kann. Jeweils vier Regenerierverstärker sind in einer integrierten Halbleiterschaltung 60,62 und 64 zusammengefaßt, wobei der Einfachheit halber nur bei der

PHD 77-029 - 9 -

809844/0265

PHILIPS PATENTVEiTJALTUNG GIDH Hamburg, 25. April 1977

4Λ

integrierten Halbleiterschaltung 60 alle vier Verstärker dargestellt sind. Die integrierten Halbleiterschaltungen 62 und 64 sind ebenso wie die Schaltung 60 aufgebaut. Es können auch andere Anzahlen von Regenerierverstärkern jeweils in einer integrierten Halbleiterschaltung zusammengefaßt sein.

Von den vier Regenerierverstärkern der integrierten Halbleiterschaltung 60 sind die ersten drei Verstärker 40 bis 42 mit den ankommenden Leitungen 20 bis 22 verbunden, während der vierte Regenerierverstärker 43 mit der internen Leitung 67 verbunden ist. Entsprechend gilt dies auch für die integrierte Halbleiterschaltung 62. Lediglich bei der Schaltung 64 ist auch der vierte Regenerierverstärker' 49 mit einer Leitung, und zwar mit der Leitung 29, verbunden.

Die Ausgänge der mit einer der Eingangsleitungen 20 bis 29 verbundenen Regenerierverstärker führen einerseits auf die in Fig.1 gezeigte Steuerung 5 bzw. 10, wie in Fig.2 durch die mit Pfeilen versehenen Leitungen angedeutet ist, und zum anderen führen die Ausgänge aller Regenerierverstärker 40 bis 49 auf den einen Steuereingang von UND-Verknüpfungsschaltungen 50 bis 59, von denen ebenfalls jeweils vier Ver-

PHD 77-029 - 10 -

809844/0265

PHILIPS PATENTVEKWALTUNG GMBH Hamburg, 25. April 1977

knüpfungsschaltungen in einer integrierten Halbleiterschaltung 61, 63 und 65 zusammengefaßt sind. Die anderen Steuereingänge der ersten drei Verknüpfungsschaltungen 50 bis 52, die die Signale der Leitungen 20 bis 22 über die Regenerierverstärker 40 bis 42 erhalten, sind mit einer Steuerleitung 66 verbunden. Dies gilt entsprechend für die integrierten Halbleiterschaltungen 63 und 65, die genau gleich aufgebaut sind. Diese Steuerleitung 66 entspricht beispielsweise der Leitung 6 bzw. 11 in Fig.1. Der andere Steuereingang des Verknüpfungsgliedes 53, das das Signal der Leitung 65 über den Regenerierverstärker 43 erhält, ist mit einer festen Signalspannung verbunden, die dem logischen Wert "1" entspricht und die Verknüpfungsschaltung 53 dauernd freigibt. Entsprechendes gilt auch für die integrierte Halbleiterschaltung 63. Die Ausgänge der Verknüpfungsschaltungen, die ein Signal von einem direkt mit einer der Eingangsleitungen 20 bis 29 verbundenen Regenerierverstärker erhalten, sind mit den ausgehenden Leitungen 70 bis 79 verbunden, die der in Fig.1 dargestellten Vielfachleitung 7 entsprechen.

Der Ausgang der Verknüpfungsschaltung 53 der integrierten Halbleiterschaltung 61 ist mit dem entsprechenden Ausgang

PHD 77-029 - 11 -

809844/0265

PHILIPS PATENTV*RVttLTUKO GM3H Hamburg, 25.April 1977

Al

der Halbleiterschaltung 63 über die Leitung 68 galvanisch verbunden, und diese Leitung führt auf den anderen Steuereingang der Verknüpfungsschaltung 59, die am anderen Eingang das von der Leitung 29 über den Regenerierverstärker 49 kommende Taktsignal erhält. Die direkte galvanische Verbindung von Ausgängen von Verknüpfungsgattern ist zulässig, wenn diese entsprechend aufgebaut sind, und es wird dadurch erreicht, daß im dargestellten Beispiel auf der Leitung 68 erst dann ein Signal entsprechend der logischen "1" entsteht, wenn alle mit dem Ausgang an diese Leitung 68 angeschlossenen Verknüpfungsgatter dieses Signal erzeugen, d.h. auch das Verknüpfungsgatter mit der größten Verzögerungszeit. Dies gilt im Prinzip auch bei Regenerierverstärkern und Verknüpfungsgattern mit einer Ausgangs-Invertierstufe.

Die Wirkungsweise der in Fig.2 dargestellten Schaltung soll anhand der Fig.3 näher erläutert werden. Darin sind die zeitlichen Signalverläufe dargestellt, die auf den mit den gleichen Bezugszeichen versehenen Leitungen auftreten, und am unteren Ende der Fig.3 ist eine Zeitskala dargestellt. Es wird angenommen, daß zum Zeitpunkt t. auf allen Leitungen bis 29 gleichzeitig ein Signal erscheint. Beispielsweise durch-

PHD 77-029 - 12 -

8098U/026S

PHILIPS PATENTVERWALTUNG GM3H Hamburg, 25. April1977

läuft das Signal auf der Leitung 20 den entsprechenden Regenerierverstärker 60 und danach die entsprechende Verknüpfungsschaltung der integrierten Halbleiterschaltung 61, bis es auf der Leitung 70 mit einer Verzögerung erscheint, die durch die Summe der Verzögerungszeiten tg₀ und tg>j der entsprechenden integrierten Halbleiterschaltungen bestimmt ist. Diese Verzögerungszeiten sind für alle Schaltglieder in der entsprechenden integrierten Halbleiterschaltung aufgrund des Herstellungsprozesses etwa gleich.

Das Signal der Leitung 23 durchläuft die integrierten Halbleiterschaltungen 62 und 63, bis es auf der Leitung 73 mit einer Verzögerung erscheint, die durch die Summe der Einzelverzögerungen tg2 und tg, der entsprechenden Halbleiterschaltungen gegeben ist. Diese Verzögerungszeiten mögen entsprechend der Fig.3 größer sein als die der integrierten Halbleiterschaltungen 60 und 61. Die Summe der Verzögerungszeiten tß^ und tgc, um die ein Signal auf der Leitung 26 verzögert auf der Leitung 76 erscheint, möge am geringsten sein.

Das Signal der Leitung 29 erscheint am Ausgang des Regenerierverstärkers 49 der integrierten Halbleiterschaltung 64 und da-

PHD 77-029 - 13 -

809844/0265

PHILIPS PATENTVERWALTUNG GMBH Hamburg, 25.April 1977

mit auf der daran angeschlossenen Leitung 67 nach der Verzögerungszeit tg^. Dieses Signal erscheint zwar auch an dem einen Steuereingang der Verknüpfungsschaltung 59, jedoch sperrt das logische Signal "0" auf der Leitung 68 diese Verknüpfungsschaltung, so daß der Ausgang 79 noch niedriges Potential hat. Das Signal auf der Leitung 67 durchläuft nun parallel die Hintereinanderschaltungen der integrierten Halbleiterschaltungen 60 und 61 sowie 62 und 63 und erscheint auf der Leitung 68 erst dann, wenn es die Reihenschaltung mit der größten Verzögerungszeit durchlaufen hat, und das ist im beschriebenen Beispiel die Summe der Verzögerungszeiten t^ und. tg, der entsprechenden Halbleiterschaltungen.

Erst in diesem Augenblick haben beide Eingänge der Verknüpfungsschaltung 59 das logische Signal "1", und nach der Verzögerungszeit tgc dieser integrierten Halbleiterschaltung erscheint dieses Signal dann auch auf der Leitung 79» und zwar zum Zeitpunkt t_e. Dieser Zeitpunkt liegt mit Sicherheit nach dem Zeitpunkt, nach dem eines der übrigen Signale mit der längsten Verzögerungszeit auf der zugehörigen Ausgangsleitung erscheint. Auf diese Weise wird also zuverlässig verhindert, daß das Taktsignal auf dor Leitung 79 früher erscheint als irgendeines der übrigen Signal auf den zugehörigen Ausgangsleitungen.

- 14 PHD 77-029

809844/026$

Claims

PHILIPS FATENTVER.y/.L7UN3 OLOiH Hamburg, 25.April 1977

PATENTANSPRÜCHE:

ι'i/ Schaltungsanordnung zum parallelen übertragen von Signalen über mehrere parallele Leitungen, bei denen ein bestimmter Signalzustand auf der einen Leitung die Gültigkeit der Signale auf den anderen Leitungen anzeigt, wobei die Signale aller Leitungen parallel eine Anzahl Gruppen von Schaltgliedern durchlaufen und jede Gruppe für jede Leitung die gleiche Anzahl Schaltglieder enthält und in jeder Gruppe Schaltglieder für jeweils eine Anzahl Leitungen in einer einzigen integrierten Halbleiterschaltung zusammengefaßt sind, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Gruppe die Signale der einen Leitung (29) parallel in jeder integrierten Halbleiterschaltung (60-65) die gleiche Anzahl von Schaltgliedern (43, 53) durchlaufen wie die Signale der anderen Leitungen (20-28), daß die Ausgänge der integrierten Halbleiterschaltungen (61, 63t65) für die eine Leitung (29) so miteinander verknüpft sind, daß das Signal auf dieser Leitung am zugehörigen Ausgang (79 ) der Gruppe (4,9) nicht eher erscheint, als bis es alle integrierten Halbleiterschaltungen (60-65) durchlaufen hat.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Gruppe (4,9) das erste Schalt-

PHD 77-029

809844/0265

ORIGINAL INSPECTED

PHILIPS PATENTvErWALTtM·} 'Jkittl Hamburg, 25. April 1977

glied (40-49) ein Regeneriervsrctärker, insbesondere ein Schmitt-Trigger ist, und der Ausgang (67) des Regenerierverstärkers (49) für die eine Leitung (29) mit dem Eingang eines Regenerierverstärkers (43) aller entsprechenden integrierten Halbleiterschaltungen (60,62,64) einer Gruppe (4,9) verbunden ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Jeder Gruppe (4,9) für jede Leitung (20-29) auf den Regenerierverstärker (40-49) eine UND-Verknüpfungsschaltung (50-59) folgt und die Ausgänge der entsprechend ausgebildeten Verknüpfungsschaltungen (53) für die eine Leitung (29) bis auf die direkt mit dem Regenerierverstärker (49) für diese Leitung verbundene Verknüpfungsschaltung (59) miteinander und mit einem Steuereingang (68) der letzteren Verknüpfungsschaltung verbunden sind.

PHD 77-029

809844/0265