DE3417652A1 - Serielles bussystem - Google Patents

Description

• Serielles Bussystem
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein serielles Bus system nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1.
• Eine Datensammelschiene, auch Bus genannt, besteht im allgemeinen aus einer physikalischen Verbindung, an die ein oder mehrere Signalempfänger angeschlossen sind.
• Diese Verbindung wird von einem oder mehreren Signalsendern vorzugsweise im Zeitmultiplex-Betrieb zum Ubertragen der Signale benutzt. Die Signale stellen vorwiegend binäre Informationen dar. Solche Datensammelschienen finden Anwendung sowohl innerhalb von Digitalsystemen zum Verknüpfen verschiedener Baugruppen als auch außerhalb solcher Digitalsysteme zum Verknüpfen örtlich verteilter Digitalsysteme, wobei man dann auch von eineml&calenNetzwerk spricht.
• Bei der Datenübertragung über eine Datensammelschiene sind generell vier Zustände zu unterscheiden. Diese sind einmal der H-Zustand zum Signalisieren der H-Information, sodann der L-Zustand zum Signalisieren der L-Information, ferner der C-Zustand zum Signalisieren der Kollision von Sendeaktivitäten und schließlich der I-Zustand zum Signalisieren der Inaktivität aller Sender.
• Diese vier Zustände werden demnach durch die Senderaktivitäten bestimmt, und müssen von den Empfängern erkannt werden, um sowohl die Daten- als auch die Steuerinformationen der Datensammelschiene verarbeiten zu können.
• Bekannt sind Bussysteme, die aus mehreren parallelen Signalkanälen bestehen, beispielsweise 16 Signalleitungen beim IEC-Bus. Eine solche Struktur eignet sich für hohe Ubertragungsraten und schnelle Zugriffssteuerung. Die Anwendung einer solchen Struktur ist jedoch auf kurze Entfernungen begrenzt auf Grund des großen Aufwandes für die Verbindung und die Teilnehmeranschlußschaltung.
• Für die Übertragung über längere Entfernungen eignet sich eher eine serielle Busstruktur, bei der bitsequentiell sowohl Daten- als auch Steuerinformationen übertragen werden. Da physikalisch die Signalrate einen Maximalwert nicht überschreiten kann, wird durch die Übertragung der Steuerinformationen die maximal mögliche Datenrate stark beeinflußt. Der Anteil der Steuerinformationen kann u.a. dadurch kleingehalten werden, daß der Empfänger aus dem Bug signal direkt den aktuellen von den vier vorstehend genannten Zuständen erkennt.
• Die meisten Bussysteme erzeugen aktiv einen der beiden Logik-Zustände, während der andere durch das Nichtvorhandensein des aktiven Zustandes erkannt wird. In diesem Fall ist die Erkennung des I-Zustandes nicht möglich.
• Eine Unterscheidung ist erst dann möglich, wenn beide Logikzustände aktiv in dem Bussystem dargestellt werden.
• Üblich sind in dieser Hinsicht Signalverfahren, die die Phase modulieren. Diese liefern aber bei Überlagerung beider Logikzustände auf der Sammelschiene kein eindeutiges Signal, so daß der C-Zustand des Bussystems nicht einwandfrei erkennbar ist.
• Im aktiven Zustand wirken die Signalsender üblicherweise als Last mit niedriger Impedanz auf die Sammelschiene.
• Dies führt ebenfalls dazu, daß die einwandfreie Erkennung des C-Zustandes nicht überall innerhalb des Bus systems möglich ist.
• Im Prinzip lassen sich alle vier Zustände des Bussystems erkennen, wenn die beiden Logikzustände durch unterschiedliche Amplituden dargestellt werden, und die Amplituden sich überlagern können. Jedoch ist der Abgleich der Entscheidungsschwellen sehr aufwendig, wenn die Datensammelschiene die Signale dämpft und eine große Anzahl von Signalsendern vorhanden ist.
• Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfaches Bussystem mit aktiver Darstellung der Logikzustände anzugeben, bei dem alle vier möglichen Zustände des Bussystems direkt aus dem empfangenen Signal erkannt werden können. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche 1 und 2. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Bus systems sind den Unteransprüchen entnehmbar.
• Anhand von in den Figuren der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen sei im folgenden das erfindungsgemäße Bussystem näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Bussystem zur Verbindung mehrerer Sender bzw. Empfänger; Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer seriellen Busstruktur gemäß der Erfindung; Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer seriellen Busstruktur gemäß der Erfindung; Fig. 3a eine erste Schaltungsanordnung zur Auswertung des Zustandes des Bussystems; Fig. 3b ein Diagramm zur Veranschaulichung der verschiedenen auswertbaren Zustände des Bussystems; Fig. 3c eine zweite Schaltungsanordnung zur Auswertung des Zustandes des Bussystems.
• Gemäß Fig. 1 sind mehrere Sender bzw. Empfänger 10 - 16 an einen Bus 18 angeschlossen. Gemäß einem ersten in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt der Bus 18 zwei Leitungen 18' und 18'', wobei auf der einen Leitung 18' aktiv der L-Zustand und auf der anderen Leitung 18" aktiv der H-Zustand darstellbar ist. Wie man ohne weiteres erkennt, können mit einer einfachen Logik, wie aus einem Teil der noch zu beschreibenden Figur 3a ersichtlich, die interessierenden Zustände L, H, C und I des Bussystems erkannt werden.
• Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführunasbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem der Bus aus einer einzigen Leitung 18 besteht. Diese Leitung kann ein metallischer Leiter sein, auf dem zwei Trägerfrequenzen f1, f2 übertragen werden oder sie kann aus einem Lichtwellenleiter bestehen, der Lichtwellen mit unterschiedlichen Wellenlängen #A, #B überträgt. Im ersten Fall liegt es auf der Hand, daß die den beiden Logikzuständen L und H zugeordneten Frequenzen f1 und f2 empfangsseitig herausgefiltert und durch Gleichrichter in entsprechende Pegelsignale umgesetzt werden können, durch deren logische Verknüpfung sich wiederum die interessierenden Zustände L, H, C und I des Bussystems gewinnen lassen.
• Im zweiten Fall können durch optisch-elektrische Wandler 20, 22 (Photodioden, z.B. mit in das optische Fenster integrierten Filtern) Signale UA und UB aus den Lichtwellen mit den Wellenlängen P A und Ä erzeugt werden.
• A B Nach entsprechender Verstärkung dieser Signale in Verstärkern 26 und 28 werden diese Signale Schwellwertgliedern 32 und 34 zugeführt, in denen sie mit einem Referenzsignal verglichen werden, um für den Fall, daß sie das Referenzsignal übersteigen ein Ausgangssignal zu erzeugen.
• Das Referenzsignal Us kann durch einen weiteren als Dunkelstromreferenz dienenden optisch-elektrischen Wandler 24 und einen nachgeschalteten Verstärker 30 gewonnen werden.
• Durch Verknüpfung der Ausgangssignale der Schwellwertglieder 32 und 34 über Logikgatter 36 bis 42 lassen sich die Zustände I, L, C und H des Bussystems in einfacher Weise erkennen.
• Wenn weder das Signal UA noch das Signal UB das Referenzsignal U5 übersteigt, so fehlt an beiden Ausgängen der Schwellwertglieder 32 und 34 ein Signal und man erhält über das UND-Gatter 36, dessen beide Eingänge negiert sind, ein den I-Zustand kennzeichnendes Signal.
• Wenn das Signal UA das Referenzsignal U5 übersteigt, das Signal UB das Referenzsignal U5 jedoch nicht übersteigt, so ist das Ausgangssignal des Schwellwertgliedes 32 vorhanden und dasjenige des Schwellwertgliedes 34 nicht vorhanden, so daß das UND-Gatter 42 an seinem Ausgang ein den H-Zustand kennzeichnendes "1"-Signal ausgibt, sofern diesem das Ausgangssignal des Schwellwertgliedes 32 direkt und das Ausgangssignal des Schwellwertgliedes 34 negiert zugeführt wird.
• Wenn beide Signale UA und UB das Referenzsignal U5 übersteigen, so liefern beide Schwellwertglieder 32 und 34 ein Ausgangssignal, die über das UND-Gatter 40 ein den C-Zustand kennzeichnendes "1"-Signal erzeugen.
• Wenn das Signal UA das Referenzsignal Us nicht übersteigt und das Signal UB das Referenzsignal U5 übersteigt, so ist am Ausgang des Schwellwertgliedes 32 kein Signal und am Ausgang des Schwellwertgliedes 34 ein Signal vorhanden, so daß bei negierter Zuführung des ersten Signales und direkter Zuführung des zweiten Signales das UND-Gatter 38 ein den L-Zustand kennzeichnendes Signal ausgibt.
• Die vorstehend beschriebenen Zustände des Bus systems in Abhängigkeit der in bezug auf das Referenzsignal vorliegenden Ausgangssignale ist in Figur 3b veranschaulicht. Figur 3c zeigt eine zu Figur 3a alternative Signalauswertung. Hier ist in den Schwellwertgliedern 32' - 34' zusätzlich Hysterese eingebaut. Weiterhin wird der Logikzustand der Busleitung durch direkten Vergleich der Signale UA und UB festgestellt: Bei UA größer UB wird für den H-Zustand ein kennzeichnendes Signal am Ausgang des Schwellwertgliedes 33' erzeugt. Der Ausgang "H/L" zeigt den dominierenden Logikzustand auf dem Bussystem an, während die Ausgänge I und C zusätzlich die Qualität des Signales kennzeichnen.
• Aus der vorstehenden Beschreibung ist klar erkennbar, daß bei dem vorliegenden Bus system die vier charakteristischen Zustände des Systems unabhängig vom Protokoll aus den empfangenen Signalen erkannt werden können, wobei insbesondere die Erkennung der Kollision (C) unabhängig von Signallaufzeiten und -dämpfungen erkannt werden kann. Besonders vorteilhaft ist die optische Übertragung unterschiedlicher Wellenlängen in einem Fiberbus, da der zusätzliche Aufwand wie Y-Koppler und Filter in die optischen Sender-und Empfängerkomponenten integriert werden kann.
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Claims (9)

1. Patentansprüche: 1. Serielles Bussystem mit aktiver Darstellung der Logikzustände, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h die Verwendung zweier Leitungen (18', 18'') zur getrennten Übertragung der Logikzustände (H, L).
2. 2. Serielles Bussystem mit aktiver Darstellung der Logikzustände, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h die Verwendung einer einzigen Leitung (18) und die Darstellung der Logikzustände (H, L) durch unterschiedliche Frequenzen (fi, x At t
3. 3. Serielles Bussystem nach Anspruch 1 oder 2, g e -k e n n z e i c h n e t d u r c h empfangsseitig angeordnete Logikgatter (36-42) zur Erkennung und Auswertung des Bussystem-Zustandes.
4. 4. Serielles Bussystem nach Anspruch 2, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h die Übertragung unterschiedlicher Trägerfrequenzen (f1, f auf einem metallischen Leiter.
5. 5. Serielles Bussystem nach Anspruch 2, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h die Übertragung von Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen ( A' ) auf B einem Lichtwellenleiter.
6. 6. Serielles Bussystem nach Anspruch 3, g e k e n n -z e i c h n e t dur c h den Logikgattern (36-42) vorgeschaltete Filter und Schwellwertglieder (32, 34).
7. 7. Serielles Bussystem nach Anspruch 6, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h die Anordnung einer Referenzsignalquelle (24r, deren Signal zusammen mit den Bussignalen den Schwellwertgliedern (32, 34) zugeführt wird.
8. 8. Serielles Bussystem nach Anspruch 7, g e -k e n n z e i c h n e t d u r c h Schalthysterese in den Schwellwertglieder (32', 33', 34').
9. 9. Serielles Bussystem nach Anspruch 8, g e -k e n n z e i c h n e t d u r c h Vergleich der Signalspannungen (UA, UB) mit einem Schwellwertglied (33'), dessen Ausgang den dominierenden Logikzustand auf dem Bussystem anzeigt.