-
Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Busstrukturen für elektronische
Geräte
und im Besonderen eine inkrementale Busstruktur für modulare elektronische
Geräte,
wie etwa für
Mess- und Prüfinstrumente.
-
Kennzeichnende
Busse für
elektronische Geräte
bzw. Vorrichtungen, wie etwa Compact PCI, VXI, VME und dergleichen,
weisen feste Busstrukturen auf, die systemweite Busse und Ressourcen
mit verschiedenen elektronischen Modulen in den elektronischen Geräten koppeln.Eine
kennzeichnende Busstruktur für
ein Instrument weist eine Reihe elektrisch leitfähiger Leitungen auf, die in
eine Grundplatine oder eine Rückwandplatine
der elektronischen Vorrichtung integriert sind. Elektrische Konnektoren sind
elektrisch parallel mit den Busleitungen gekoppelt, wobei die Konnektoren
Steckplätze
für Karten oder
elektronische Module in der Vorrichtung definieren. Die Busstruktur
weist Leitungen auf, die Adresse- und
Datenbusse sowie Leitungen für
systemweite Ressourcen definieren, wie etwa einen Audiobus, Auslöser, Versorgungsspannungen,
Referenztakt und dergleichen. Die elektronischen Module weisen elektrische
Kontakte auf, die mit den verschiedenen elektrischen Konnektoren
elektrisch verbunden sind. Bei einer kennzeichnenden Konfiguration
eines Personalcomputers können
die elektronischen Module oder Karten eine Videoverarbeitungs- und
Anzeigekarte, eine Grafikbeschleunigerkarte, eine E/A-Karte, eine
Soundkarte und dergleichen aufweisen. Für Mess- und Prüfgeräte können die
elektronischen Module oder Karten eine Zentraleinheit (CPU), eine
Videoverarbeitungs- und Anzeigekarte, eine E/A-Karte und verschiedene
Module oder Karten zum Erzeugen, Empfangen und Verarbeiten von Messsignalen aufweisen.
Ein Merkmal dieser Arten von Busstrukturen ist es, dass eine Reihe
von Steckplätzen
für Karten
oder elektronische Module, die durch die elektrischen Konnektoren
definiert sind, durch den Hersteller der elektronischen Vorrichtung
angebracht werden. Dies wiederum definiert die physikalische Größe des Instruments
unabhängig
von der Anzahl der Module oder Karten, die mit dem Instrumentenbus
verbunden sind.
-
Eine
andere Art von Messinstrument verwendet einen E/A-Bus, um ein elektronisches
Modul oder eine Karte mit einem Systemprozessor zu verbinden. Bei
dem elektronischen Modul oder der Karte handelt es sich um eine
für die
Messung spezifische Karte, wie zum Beispiel ein optisches Zeitbereichs-Reflektometer,
ein metallisches Zeitbereichs-Reflektometer
oder dergleichen. Beispiele für derartige
Mess- und Prüfgeräte mit festen
Busstrukturen sind das Modell N1610A Service Advisor Portable Test
Tablet, hergestellt und vertrieben durch die Hewlett-Packard Company,
Palo Alto, Kalifornien, USA, und das Modell FTB-3000 UTD Mainframe,
hergestellt und vertrieben durch Electro-Optical Engineering, Inc.,
Vanier, Quebec, Kanada.
-
Sowohl
N1610A und TB-300 UTD sind Basisplattformen, welche die für die Messung
spezifischen Module aufnehmen. Beide Plattformen besitzen einen
vorderen Bedienfeldausgang, grundlegende Bedienfeldregler, eine
Steuereinheit, die gesteuert durch Software auf Windows-Basis arbeitet
sowie eine festgelegte Anzahl von Steckplätzen für Messmodule. Der N1610A weist
zwei Modulsteckplätze auf,
die entweder einzelne Plug-In-Module
mit einfacher Breite oder ein Plug-In-Modul mit doppelter Breite
aufnehmen. Der FTB-300 UTD weist drei Modulsteckplätze auf,
die bis zu drei Steckplatzmodule mit einfacher Breite oder ein Steckplatzmodul
mit dreifacher Breite aufnehmen. Die feste Anzahl von Steckplätzen in
diesen Instrumenten ermöglicht
die Erweiterung der Anzahl der Module in dem Instrument, ohne das
Instrument dafür
neu gestalten zu müssen.
-
Eine
andere Art von Bus ist der Bus Universal Serial Bus (USB), der einen
Host-Controller und einen oder mehrere Hubs aufweist. Der USB-Bus
ist ein Bus mit vier Leitungen für
die Stromversorgung, Erde und bidirektionale differentielle Kommunikationen.
Der USB-Bus ist von dem Controller über ein vieradriges USB-Kabel,
das mit entsprechenden USB-Anschlüssen bzw. USB-Konnektoren verbunden
ist, mit einem ersten Hub verbunden. Der Hub kann mehrere Ausgänge aufweisen,
die Verbindungen mit anderen Vorrichtungen ermöglichen. Der Controller kommuniziert
mit dem Hub und weist für jeden
Hub-Ausgang dynamisch
Adressen zu. Zusätzlichen
Hubs, die mit dem ersten Hub verbunden sind, werden durch den Controller
dynamisch Adressen zugewiesen. Der Controller kommuniziert mit einem
Systemprozessor, wie etwa einem PENTIUM® Mikroprozessor,
während
die Hub-Ausgänge
mit digitalen Signalprozessoren gekoppelt sein können, die Messdaten erfassen
und verarbeiten. Während
der USB-Bus die Verbindung einer großen Anzahl von Vorrichtungen
mit dem Bus ermöglicht,
weist er den Nachteil eines sehr großen Software-Overhead auf, um
die dynamische Adressierung der Hub-Ausgänge und den Datenfluss über die
Kommunikationsleitung zu steuern. Darüber hinaus erfordert der USB-Bus
einen speziellen USB-Controller und besondere USB-Hub-Chipsätze. Ferner
müssen
alle Datenübertragungen über den
Bus durch den Controller des USB-Busses verlaufen.
-
Das
U.S. Patent US-A-5,201,038 offenbart ein Bussystem, das es Videokarten
ermöglicht,
in einer Stapelstruktur miteinander verbunden zu werden.
-
Benötigt wird
eine Busstruktur, die nicht auf eine vorbestimmte Anzahl von Steckplätzen beschränkt ist,
gemäß der Definition
durch elektrische Konnektoren auf einer Grundplatine, einer Rückwandplatine
oder E/A-Schnittstellen. Die Busstruktur sollte erweiterbar sein,
so dass jede Anzahl von Karten oder Modulen möglich ist, jedoch ohne Beeinträchtigung
durch hohen Software-Overhad oder die Notwendigkeit für spezielle
Chipsätze.
Die Busstruktur sollte ferner direkt mit dem System-Controller verbunden
und nicht auf einen intermediären
Controller beschränkt
sein.
-
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Vorgesehen
ist gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein inkrementales Busstrukturelement
gemäß dem gegenständlichen
Anspruch 1.
-
Vorgesehen
ist gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine inkrementale Busstruktur
gemäß dem gegenständlichen
Anspruch 2.
-
Vorgesehen
ist gemäß einem
dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein modulares Messinstrument
gemäß dem gegenständlichen
Anspruch 7.
-
Bevorzugte
Merkmale der vorliegenden Erfindung sind durch die Unteransprüche definiert.
-
Die
Aufgaben, Vorteile und neuartigen Merkmale der vorliegenden Erfindung
werden aus der folgenden genauen Beschreibung deutlich, wenn diese in
Verbindung mit den anhängigen
Ansprüchen
und den beigefügten
Zeichnungen gelesen wird.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
Es
zeigen:
-
1 eine
vereinfachte, schematische Darstellung der inkrementalen Busstruktur
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
2 eine
Perspektivansicht eines Ausführungsbeispiels
eines inkrementalen Busstrukturelements, das in der inkrementalen
Busstruktur gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird;
-
3 eine
Perspektivansicht des bevorzugten Ausführungsbeispiels des inkrementalen
Busstrukturelements, das in der inkrementalen Busstruktur gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird;
-
4 eine
Perspektivansicht eines modularen Messinstruments, das die inkrementale
Busstruktur gemäß der vorliegenden
Erfindung aufweist; und
-
5 ein
vereinfachtes Blockdiagramm einer Messmodul-Schnittstelle und der zugeordneten Messmodulelektronik,
welche die inkrementale Busstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung
aufweist.
-
GENAUE BESCHREIBUNG
DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
-
In
Bezug auf die Abbildung aus 1 ist eine vereinfache
schematische Darstellung der inkrementalen Busstruktur 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung dargestellt. Die inkrementale Busstruktur 10 weist
einen Systembus 12 und mindestens ein oder mehrere inkrementale
Busstrukturelemente 20, 22 und 24 auf.
Die Busstrukturelemente 20, 22 und 24 erstrecken
den Systembus 12 inkremental, um jede Anzahl von elektronischen
Modulen oder Karten mit dem Bus 12 zu verbinden, wobei
die Elemente durch die Module 14, 16 und 18 dargestellt
sind. Der Systembus 12 stellt modulspezifische und gemeinsame Ressourcen über die
Busstrukturelemente 20, 22 und 24 an
die Module oder Karten 14, 16 und 18 bereit.
Gemeinsame Systemressourcen können
unter anderem und ohne einzuschränken
Stromversorgungsspannungen, die elektrische Erde, Daten und Audiosignale
und dergleichen aufweisen. Zu den modulspezifischen Ressourcen können unter
anderem und ohne einzuschränken
Moduladressen, Moduldienstanforderungen, Moduleinschaltsignale,
Systemtakt und dergleichen zählen.
Der Systembus 12 weist eine oder mehrere Anordnungen modulspezifischer,
elektrisch leitfähiger
Leitungen mit N Leitungen auf, wie diese durch die Leitungen 14L, 16L, 18L und 28L dargestellt
sind, welche die modulspezifischen Ressourcen mit den entsprechenden
Modulen koppeln. Der Systembus 12 weist ferner gemeinsame
elektrisch leitfähige
Leitungen 26 auf, welche die gemeinsamen Ressourcen mit
den Modulen 14, 16 und 18 koppeln.
-
Jedes
inkrementale Busstrukturelement weist mindestens eine Anordnung
von N elektrisch leitfähigen
Eingangskontakten 34, 36, 38 und 40 und N
elektrisch leitfähige
Ausgangskontakte 42, 44, 46 und 48 auf,
zur Kopplung der Anordnung modulspezifischer, elektrisch leitfähiger Leitungen 14L, 16L, 18L und 28L mit
den entsprechenden Modulen 14, 16 und 18.
N ist ein ganzzahliger Wert, der größer ist als ein und der eine
obere Konfigurationsgrenze für die
Anzahl der Module oder Karten festlegt, die mit der inkrementalen
Busstruktur 10 verbunden werden können. Wenn N zum Beispiel gleich
sechs ist, so befinden sich an dem Systembus sechs modulspezifische, elektrisch
leitfähige
Leitungen sowie sechs elektrisch leitfähige Eingangs- und Ausgangskontakte
an den inkrementalen Busstrukturelementen, die den modulspezifischen
Leitungen zugeordnet sind. Jede modulspezifische, elektrisch leitfähige Leitung kann über die
elektrisch leitfähigen
Eingangs- und Ausgangskontakte der Busstrukturelemente mit einem
spezifischen Modul oder einer Karte mit bis zu sechs Modulen gekoppelt
werden. Jedes inkrementale Busstrukturelement 20, 22 und 24 weist
ferner gemeinsame elektrisch leichtfähige Eingangs- und Ausgangskontake
mit den entsprechenden Nummern 30 und 32 auf,
zur Kopplung der gemeinsamen elektrisch leitfähigen Leitungen 26 von
Modul zu Modul. Die gemeinsamen Ressourcen des Systembusses 12 können von
dem Systembus 12 abgezapft werden, dargestellt durch die
Verbindungen 50 und gekoppelt mit den verbundenen Modulen.
-
Wie
dies in der Abbildung aus 1 dargestellt
ist, sind die ersten elektrisch leitfähigen Eingangskontakte 34 der
Anordnung von N Eingangskontakten in jedem der Busstrukturelemente 20, 22 und 24 entsprechend
mit ihren zugeordneten Modulen 14, 16 und 18 verbunden.
Die zweiten elektrisch leitfähigen
Eingangskontakte 36 der Anordnung von N Eingangskontakten
in jedem der inkrementalen Busstrukturelemente 20, 22 und 24 sind
elektrisch verbunden mit den ersten elektrisch leitfähigen Ausgangskontakten 42 der
Anordnung von Ausgangskontakten ihrer entsprechenden Busstrukturelemente 20, 2 und 24.
In ähnlicher
Weise sind die anderen elektrisch leitfähigen Eingangskontakte 38 und 40 der
Anordnung von N Eingangskontakten versetzt und elektrisch gekoppelt
mit den elektrisch leitfähigen
Ausgangskontakten 44 und 48 der Anordnung von
N Ausgangskontakten. Als Folge dessen sind elektrisch leitfähige Leitungen,
welche modulspezifische Ressourcen des Systembusses 12 führen, in sequentieller Anordnung
mit den mit dem Systembus 12 verbundenen Modulen verbunden.
Zum Beispiel kann es sich bei den elektrisch leitfähigen Leitungen 14L, 16L, 18L und 28L um
Adressleitungen handeln, die Adresssignale an entsprechende elektronische Elemente 14E, 16E und 18E in
den Modulen 14, 16 und 18 bereitstellen.
Die elektronischen Elemente 14E, 16E und 18E können einen
Controller oder Pufferschaltungen darstellen, die mit dem Controller
gekoppelt sind. In der Konfiguration aus 1 ist die erste
Adressleitung 14L über
den ersten elektrisch leitfähigen
Kontakt 34 des Busstrukturelements 20 mit den
elektronischen Elementen des Moduls 14 verbunden. Die zweite
Adressleitung 16L ist über
den zweiten elektrisch leitfähigen
Eingangskontakt 36 und den ersten elektrisch leitfähigen Ausgangskontakt 42 des
Busstrukturelements 20 mit dem ersten elektrisch leitfähigen Eingangskontakt 34 des
Busstrukturelements 22 verbunden. Die zweite Adressleitung 16L ist
von dem ersten elektrisch leitfähigen Kontakt
des Busstrukturelements 22 mit den elektronischen Elementen
des Moduls 16 gekoppelt. In ähnlicher Weise ist die dritte
Adressleitung 18L über
die elektrisch leitfähigen
Eingangs- und Ausgangskontakte 38 und 44 des
Busstrukturelements 20, die elektrisch leitfähigen Kontakte 36 und 42 des
Busstrukturelements 22 und den elektrisch leitfähigen Kontakt 34 des
Busstrukturelements 24 mit den elektronischen Elementen
des Moduls 18 verbunden. Ferner ist die vierte Adressleitung 28L über die
elektrisch leitfähigen
Eingangs- und Ausgangskontakte 40 und 46 des Busstrukturelements 20,
die elektrisch leitfähigen
Kontakte 38 und 44 des Busstrukturelements 22 und
die elektrisch leitfähigen
Eingangskontakte 36 des Busstrukturelements 24 mit
dem elektrisch leitfähigen
Ausgangskontakt 42 verbunden. Durch das Hinzufügen eines
zusätzlichen
Moduls durch Einstecken in das inkrementale Busstrukturelement,
das dem neuen Modul des Busstrukturelements 24 zugeordnet
ist, würde
die Adressleitung 28L mit den elektronischen Elementen
des neuen Moduls gekoppelt werden, über das elektrisch leitfähige Eingangselement 34 des
inkrementalen Busstrukturelements des Moduls.
-
Es
gilt festzustellen, dass die Konfiguration der inkrementalen Busstruktur
es ermöglicht,
dass jedes Modul oder jede Karte die gleiche Busstrukturkonfiguration
aufweist, ungeachtet dessen, wo sich das Modul oder die Karte an
dem Systembus befindet. Das heißt,
ein Modul, das zu einem Zeitpunkt mit der Adressleitung 18L verbunden
ist, da es das dritte Modul an dem Systembus 12 dargestellt,
kann ganz einfach das erste Modul an dem Systembus 12 sein und
mit der Adresse 14L verbunden werden. Die modulspezifischen
Ressourcen des Systembusses 12 werden inkremental jedem
neuen Modul oder jeder neuen Karte über die inkrementalen Busstrukturelemente 20, 22, 24 zugeordnet,
wenn die Verbindung mit dem Bus 12 hergestellt wird. Dies
steht im Gegensatz zu einer festen Busstrukturbauweise, bei der bestimmte
Systemressourcen, wie etwa die Steckplatzadressierung, Systemanforderungsunterbrechungen,
vorab den Modul- oder Kartensteckplätzen zugeordnet werden. Die
inkrementale Busstruktur 10 der vorliegenden Erfindung
vereinfacht die Modul- oder Kartenbauweise unter Verwendung der
gleichen inkrementalen Busstrukturelemente für alle Module, die mit dem
Systembus 12 verbunden sind. Ferner ermöglicht die inkrementale Busstruktur
ein modulares Messinstrument, das keine Anforderungen in Bezug auf
ein Mindestgewicht oder eine Mindestgröße aufweist, die durch eine
feste Busstruktur definiert sind.
-
Die
Abbildung aus 2 zeigt eine Perspektivansicht
eines Ausführungsbeispiels
eines inkrementalen Busstrukturelements 50, das in der
inkrementalen Busstruktur 10 gemäß der vorliegenden Erfindung
eingesetzt werden kann. Das Busstrukturelement 50 weist
einen Schnitstellen-Konnektor 52 mit elektrisch leitfähigen Eingangskontakten 54 und elektrisch
leitfähigen
Ausgangskontakten 56 auf. In dem Ausführungsbeispiel sind die elektrisch
leitfähigen
Eingangskontakte 54 an einem äußeren Steckverbinder 58 angeordnet,
und die elektrisch leitfähigen
Ausgangskontakte 56 sind in einem inneren Steckverbinder 60 angeordnet.
Die Steckkonfiguration des Schnittstellen-Konnektors 52 kann
gleichermaßen
umgedreht werden, wobei die elektrisch leitfähigen Eingangskontakte 54 in
dem inneren Steckverbinder 60 angeordnet sind, und mit
elektrisch leitfähigen
Ausgangskontakten 56, die an dem äußeren Verbinderstecker 58 angeordnet
sind. Ein Modul- oder Karten-Steckverbinder 62 weist elektrisch
leitfähige
Kontakte 64 auf, die mit ausgesuchten elektrisch leitfähigen Eingangskontakten 54 gekoppelt
sind. Eine Leiterplatte 66 ist mit einem Kartenschnittstellen-Konnektor 68 versehen,
der elektrisch leitfähige Kontakte 70 aufweist.
Die elektrisch leitfähigen
Kontakte 70 passen mit den elektrisch leitfähigen Kontakten 64 zusammen,
um die modulspezifischen Systembusressourcen und die gemeinsamen
Systembusressourcen mit elektronischen Elementen 72 an der
Leiterplatte 66 über
die elektrisch leitfähigen
Leitungen 74 zu koppeln.
-
Die
elektrisch leitfähigen
Leitungen 76, wie etwa Drahtleitungen oder dergleichen,
verbinden die elektrisch leitfähigen
Eingangskontakte 54 mit den elektrisch leitfähigen Ausgangskontakten 56.
Bei einer Konfiguration sind die gemeinsamen Systembusressourcen
von den elektrisch leitfähigen Eingangskontakten 54 mit
den elektrisch leitfähigen
Ausgangskontakten 56 verbunden, und zwar über die elektrisch
leitfähigen
Zuleitungen 76, die mit den Steckverbinderkontakten 64 des
Moduls verbunden sind. In einer anderen Konfiguration sind die elektrisch
leitfähigen
Eingangskontakte 54, welche die gemeinsamen Systembusressourcen
empfangen, direkt mit den entsprechenden elektrisch leitfähigen Ausgangskontakten 56 verbunden,
und zwar über die
elektrisch leitfähigen
Zuleitungen 76. Die Steckverbinderkontakte 64 des
Moduls sind mit den Zuleitungen 76 verbunden, und zwar über elektrisch
leitfähige
Zuleitungen 78, welche mit den Zuleitungen 76 verbunden
sind.
-
Das
Busstrukturelement 50 weist mindestens eine Anordnung von
N elektrisch leitfähigen
Eingangskontakten 55 und eine Anordnung von N elektrisch
leitfähigen
Ausgangskontakten 57 auf, die den modulspezifischen elektrisch
leitfähigen
Zuleitungen des Systembusses 12 entsprechen. Eine modulspezifische
Systembusressource ist mit einem der elektronischen Elemente 72 an
der Leiterplatte 66 gekoppelt, über einen ersten Kontakt der
Anordnung von N elektrisch leitfähigen
Eingangskontakten, wie dies durch den elektrisch leitfähigen Eingangskontakt 55A dargestellt
ist, der über
eine elektrisch leitfähige
Zuleitung 76 mit einem der Kontakte 64 des Steckers 62 gekoppelt
ist. Ein zweiter Kontakt der Anordnung von N elektrisch leitfähigen Eingangskontakten,
dargestellt durch den elektrisch leitfähigen Eingangskontakt 55B,
ist elektrisch verbunden mit einem ersten Ausgangskontakt 57A der
Anordnung von N elektrisch leitfähigen
Ausgangskontakten. Durch das Einstecken des äußeren Steckverbinders eines
zweiten Busstrukturelements in den inneren Steckverbinder 60,
wird der zweite elektrisch leitfähige
Eingangskontakt 55B mit dem ersten elektrisch leitfähigen Eingangskontakt 55A des
zweiten Busstrukturelements gekoppelt.
-
In
Bezug auf die Abbildung aus 3 ist eine Perspektivansicht
des bevorzugten Ausführungsbeispiels
eines inkrementalen Busstrukturelements 80 dargestellt,
das in der inkrementalen Busstruktur 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung eingesetzt wird. Das inkrementale Busstrukturelement 80 weist
einen Eingangsschnittstellen-Konnektor 82 auf, der an einem
ersten Substrat 84 angebracht ist, wie etwa einer gedruckten
Leiterplatte, und einen Ausgangsschnittstellen-Konnektor 86,
der an einem zweiten Substrat 88 angebracht ist, das im
Wesentlichen dem ersten entspricht. Sowohl die Eingangs- als auch
die Ausgangsschnittstellen-Konnektoren 82 und 86 weisen
entsprechende elektrisch leitfähige
Eingangs- und Ausgangskontakte 90 und 92 auf.
Elektrische Zuleitungen (nicht abgebildet) sind mit jedem der entsprechenden
Kontakte 90 und 92 verbunden und erstrecken sich
von der Unterseite der Schnittstellen-Konnektoren 82 und 84.
Einer dieser Schnittstellen-Konnektoren ist ein äußerer Konnektor, während der
andere Konnektor ein innerer Konnektor ist. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung handelt es sich bei dem Eingangsschnittstellen-Konnektor 82 um
einen inneren Konnektor, wie er etwa von Molex Inc., Lisle, Illinois,
USA, unter der Teilenummer 71660-7080 hergestellt wird, und wobei
es sich bei dem Ausgangsschnittstellen-Konnektor 86 um
einen äußeren Konnektor
handelt, wie er etwa von Molex Inc., Lisle, Illinois, USA, unter
der Teilenummer 71661-7080 hergestellt wird. Die elektrisch leitfähigen Kontakte 90 und 92 in
den Konnektoren von Molex sind integral mit den elektrischen Zuleitungen
ausgebildet, die sich von der Unterseite der Konnektoren erstrecken.
Die entsprechenden Eingangs- und Ausgangsschnittstellen-Konnektoren 82 und 86 weisen
mindestens eine Anordnung von N elektrisch leitfähigen Eingangskontakten 94 auf
und mindestens eine Anordnung von N elektrisch leitfähigen Ausgangskontakten 96 für modulspezifische
Systembusressourcen und elektrisch leitfähige Eingangs- und Ausgangskontakte 98 und 100 für gemeinsame Systemressourcen.
-
Die
Eingangs- und Ausgangsschnittstellen-Konnektoren 82 und 86 sind
durch ein flexibles Substrat 102 miteinander verbunden,
das vorzugsweise unter Verwendung eines Polyamids hergestellt wird.
Das flexible Substrat 102 weist mindestens eine Anordnung
von N elektrisch leitfähigen
Leitungen 104 zur Kopplung einer modulspezifischen Ressource
zwischen den Schnittstellen-Konnektoren 82 und 86 auf
sowie gemeinsame elektrisch leitfähige Leitungen 106 zur
Kopplung der gemeinsamen Systemressourcen zwischen den Schnittstellen-Konnektoren 82 und 84.
Die Enden der elektrisch leitfähigen Leitungen 104 und 106 sind
in leitfähigen
Anschlussflächen
abgeschlossen, wobei jede Anschlussfläche darin ein Loch aufweist,
das den Löchern
in den Leiterplattensubstraten 84 und 88 entspricht,
die mit den elektrischen Zuleitungen der Eingangs- und Ausgangsschnittstellen-Konnektoren 82 und 86 zusammenpassen.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
handelt es sich bei den Enden des flexiblen Substrats 102 um
innere Laminatschichten der entsprechenden Leiterplattensubstrate 84 und 88.
Die elektrischen Zuleitungen, die sich von der Unterseite der Schnittstellen-Konnektoren 84 und 88 erstrecken,
verlaufen durch die Löcher
in den leitfähigen Anschlussflächen und
sind durch eine Lötverbindung oder
dergleichen elektrisch mit der Anschlussfläche verbunden.
-
Alternativ
können
die Leiterplattensubstrate 84 und 88 darauf ausgebildete
elektrisch leitfähige Leitungen
aufweisen, die sich von jeder der elektrischen Zuleitungen ihrer entsprechenden
Schnittstellen-Konnektoren 82 und 86 zu Bandkabelverbindern erstrecken,
die an jedem Substrat angebracht sind. Ein flexibles Kabel mit mindestens
einer Anordnung von N elektrischen Drähten verbindet die modulspezifischen
elektrischen Kontakte der Eingangs- und Ausgangs-Konnektoren miteinander.
Das flexible Kabel weist ferner einen elektrischen Draht zur Verbindung
mit den gemeinsamen elektrischen Kontakten der elektrischen Eingangs- und Ausgangs-Konnektoren
miteinander auf.
-
Jedes
der Substrate 84 und 88 weist darin ausgebildete
Löcher
auf, die entsprechend mit den Nummern 108 und 110 bezeichnet
sind, wobei die Löcher
zur Anbringung des Busstrukturelements 80 in einem zugeordneten
Modul mit einer Leiterplatte 112 vorgesehen sind. Die Leiterplatte 112 weist
daran angebrachte elektronische Bauteile oder Elemente 114 auf,
welche die modulspezifischen Ressourcen und die gemeinsamen Systemressourcen über elektrisch
leitfähige
Leitungen 116 empfangen, die an der Leiterplatte 112 ausgebildet
sind. Das Ausgangsschnittstellen-Konnektor-Substrat 88 weist
daran ausgebildete elektrisch leitfähige Leitungen 118 auf, die
die modulspezifischen Systembusressourcen und die gemeinsamen Systembusressourcen
elektrisch mit einem Modulverbinder 120 koppeln, wie dieser
etwa von Molex Inc., Lisle, Illinois, USA, unter der Teilenummer
71220-2200 hergestellt wird. Ein flexibles Kabel 122, wie
etwa ein ZIF-Kabel, das von der Parlex Corp, Salem, New Hampshire,
USA, hergestellt wird, koppelt die modulspezifischen und gemeinsamen
Systembusressourcen mit der Leiterplatte 112. In dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung sind die gemeinsamen Systemressourcen und die modulspezifischen
Ressourcen für
ein bestimmtes Modul über
das flexible Kabel 122 mit der Leiterplatte 112 in
dem Modul gekoppelt.
-
Die
erste Anordnung von N elektrisch leitfähigen Leitungen 104 koppelt
den ersten Kontakt der Anordnung von N elektrisch leitfähigen Eingangskontakten 94 des
Eingangsschnittstellen-Konnektors 82 mit
dem Modul-Konnektor 120 an dem Ausgangsschnittstellen-Konnektor 84 der
Leiterplatte 88, über die
Leitung 118. Die zweite und die folgenden elektrisch leitfähigen Leitungen
der Anordnung von elektrisch leitfähigen Leitungen 104 koppeln
den zweiten und die folgenden elektrisch leitfähigen Eingangskontakte der
Anordnung N der elektrisch leitfähigen Eingangskontakte 94 mit
dem ersten und den folgenden elektrisch leitfähigen Ausgangskontakten 96 des Ausgangsschnittstellen-Konnektors 86.
Die gemeinsamen elektrisch leitfähigen
Leitungen koppeln die gemeinsamen elektrisch leitfähigen Eingangskontakte 98 des
Eingangsschnittstellen-Konnektors 82 mit dem gemeinsamen
elektrisch leitfähigen
Ausgangskontakten 100 des Ausgangsschnittstellen-Konnektors 86.
Die gemeinsamen elektrisch leitfähigen
Kontakte 100 sind durch die Leitungen 118 mit
dem Modul-Konnektor verbunden. Durch das Anstecken eines weiteren
inkrementalen Busstrukturelements 80, das dem anderen Modul
oder der anderen Karte zugeordnet ist, werden die gemeinsamen Systemressourcen
mit dem Modul gekoppelt und der modulspezifischen Ressource, die
sich an dem ersten der N elektrisch leitfähigen Eingangskontakte befindet.
Der erste elektrisch leitfähige
Eingangskontakt der N elektrisch leitfähigen Eingangskontakte des
zweiten Moduls ist über
den ersten elektrisch leitfähigen
Ausgangskontakt 96 des ersten Modulausgangsschnittstellen-Konnektors
zurück
gekoppelt, die zweite elektrisch leitfähige Leitung der Anordnung
N der elektrisch leitfähigen
Leitungen 104 an dem flexiblen Substrat 102 mit
dem zweiten elektrisch leitfähigen Eingangskontakt
der Anordnung N der elektrisch leitfähigen Eingangskontakte 94 in
dem Eingangsschnittstellen-Konnektor des ersten Moduls und mit der
zweiten modulspezifischen elektrisch leitfähigen Leitung des Systembusses.
-
In
Bezug auf die Abbildung aus 4 ist eine Perspektivansicht
eines modularen Messinstruments 130 dargestellt, das die
inkrementale Busstruktur 10 gemäß der vorliegenden Erfindung
aufweist. Das modulare Messinstrument 130 weist eine Basiseinheit 132 und
mindestens ein Messmodul 134 auf. Die Basiseinheit 132 weist
ein Gehäuse 136 auf,
in dem sich eine Anzeige 138 befindet, einen Ein-Aus-Schalter 140 und
eine Haupt-Controller-Leiterplatte 142. In dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
des modularen Messinstruments 130 handelt es sich bei der
Anzeige 138 um einen Flüssigkristall-Berührungsbildschirm,
wobei die Steuerfunktionen des Instruments auf der Anzeige 138 angezeigt
werden. Die Controller-Leiterplatte 142, die in dem Blockdiagramm
des modularen Messinstruments 130 aus 5 dargestellt
ist, weist einen an der Leiterplatte angebrachten Controller 144 sowie
elektrisch leitfähige
Leitungen 146 auf, die einen Instrumentenbus 148 bilden.
Der Instrumentenbus 148 ist mit elektrisch leitfähigen Kontakten 150 in
einem Instrumenten-Busschnittstellen-Konnektor 152 verbunden,
wie er etwa von Molex Inc., Lisle, Illinois, USA, unter der Teilenummer 71660-7080 hergestellt
wird. Der Instrumentenbus 148 weist mindestens eine Anordnung
von N elektrisch leitfähigen
Leitungen 154 zur Kopplung einer modulspezifischen Systemressource
mit dem Messmodul 134 oder Modulen 134, 168 auf,
die über
elektrisch leitfähige
Kontakte 150 des Instrumentenbus-Schnittstellen-Konnektors 152 mit
dem Instrumentenbus 148 verbunden sind. Der Instrumentenbus 148 weist
ferner elektrisch leitfähige
Leitungen 156 auf, die mit den elektrisch leitfähigen Kontakten 150 des
Instrumentenbus-Schnittstellen-Konnektors 152 verbunden
sind, um die gemeinsamen Systembusressourcen mit dem Modul oder
den Modulen 134 zu koppeln. Der Instrumentenbus 148 implementiert die
inkrementale Busstruktur 10 der vorliegenden Erfindung
mit gemeinsamen Systemressourcenleitungen, die Instrumentenerde
und positive wie negative Stromversorgungsspannungen aufweisen und
einen Audiobus, der aus positiven und negativen Audio-Eingangsleitungen
und positiven und negativen Audio-Ausgangsleitungen besteht. Der Instrumentenbus 148 kann
ferner vier Anordnungen von modulspezifischen Systemressourcenleitungen
aufweisen, wobei jede Anordnung mit sechs Leitungen den Anschluss
von bis zu sechs Messmodulen mit dem Systembus 148 ermöglicht.
Die modulspezifischen Ressourcenleitungen umfassen Moduladressleitungen, Taktleitungen,
Anforderungsdienstleistungen und Einschaltleitungen.
-
Das
Messmodul 134 weist ein Gehäuse 160 auf, das an
einem inkrementalen Busstrukturelement 162 angebracht ist,
wie dies vorstehend in Bezug auf die Abbildung aus 3 beschrieben
ist. Der Eingangsschnittstellen-Konnektor 164 ist in dem
Modul 134 angebracht, um eine Verbindung mit dem Instrumentenbus-Schnittstellen-Konnektor 152 vorzusehen.
Der Ausgangsschnittstellen-Konnektor 166 ist in dem Modul 134 angebracht,
und zwar zur Verbindung mit dem Eingangsschnittstellen-Konnektor 164 eines
anderen Messmoduls 168.
-
Zur
deutlicheren Veranschaulichung der Abbildungen zeigt das Blockdiagramm
des modularen Messinstruments 130 aus 5 eine
der Anordnungen der modulspezifischen Systemressourcen und eines
Abschnitts der gemeinsamen Systemressourcen, die mit den Messmodulen 134, 168 gekoppelt sind.
Der Eingangsschnittstellen-Konnektor 164 des inkrementalen Busstrukturelements 164 ist
in den Instrumentenbus-Schnittstellen-Konnektor 152 eingesteckt.
Der elektrisch leitfähige
Kontakt 170 der modulspezifischen Systemressourcen und
die elektrisch leitfähigen
Kontakte 172 der gemeinsamen Systemressourcen des Eingangsschnittstellen-Konnektors 164 passen
mit entsprechenden elektrisch leitfähigen Kontakten 150 in
dem Instrumentenbus-Schnittstellen-Konnektor 152 zusammen.
Die elektrisch leitfähigen
Eingangskontakte 170 der gemeinsamen Systemressourcen sind
mit den entsprechenden elektrisch leitfähigen Ausgangskontakten 174 der
entsprechenden gemeinsamen Systemressourcen gekoppelt, und zwar über die
elektrisch leitfähigen
Leitungen 176 des flexiblen Substrats 178. Zur
Vereinfachung der Abbildung sind die gemeinsamen Systemressourcen
von den elektrisch leitfähigen
Leitungen 176 angezapft dargestellt sowie verbunden mit
dem elektrischen Ausgangsverbinder 184 an der Ausgangsschnittstellen-Konnektor-Leiterplatte.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
werden die gemeinsamen. Systemressourcen von den elektrisch leitfähigen Leitungen
an der Ausgangsschnittstellen-Konnektor-Leiterplatte angezapft,
wie dies in Bezug auf die Abbildung aus 3 beschrieben
ist.
-
Die
elektrisch leitfähigen
Kontakte 170 der modulspezifischen Systemressourcen des
Eingangsschnittstellen-Konnektors 164 sind mit dem Ausgangsschnittstellen-Konnektor 166 verbunden,
und zwar über
die elektrisch leitfähigen
Leitungen 180 der modulspezifischen Systemressourcen an
dem flexiblen Substrat 178. Der erste der modulspezifischen, elektrisch
leitfähigen
Kontakte 170 des Eingangsschnittstellen-Konnektors ist über die
erste modulspezifische elektrisch leitfähige Leitung 180 mit
dem elektrischen Ausgangs-Konnektor 184 an der Leiterplatte
des Ausgangsschnittstellen-Konnektors 166 verbunden. Der
zweite sowie folgende elektrisch leitfähige Kontakte des Eingangsschnittstellen-Konnektos 164 sind über die
zweite und folgende modulspezifische elektrisch leitfähige Leitungen 180 mit
den ersten und folgenden elektrisch leitfähigen Ausgangskontakten 182 des
Ausgangsschnittstellen-Konnektors 166 verbunden.
Die modulspezifische Systemressource und die gemeinsamen Systemressourcen
an dem elektrischen Ausgangsverbinder 184 sind über ein
elektrisch leitfähiges
Bandkabel 186 mit dem elektrischen Eingangsverbinder 188 an
der Leiterplatte 190 in dem Messmodul 134 verbunden.
Die Stromversorungsressourcen sind mit der Stromversorungsschaltung 192 an
der Leiterplatte 190 des Moduls verbunden, und Audiobusressourcen
sind mit der entsprechenden Audioschaltkreisanordnung 194 gekoppelt.
Die modulspezifischen Ressourcen, wie etwa die Adressressource,
die Taktressource und die Anforderungsdienstressource sind mit einem
digitalen Signalprozessor 196 an der Leiterplatte 190 des
Moduls gekoppelt. Die spezifische Ressource des Einschaltmoduls
ist mit der Stromversorungsschaltung 192 gekoppelt, um
das Messmodul 134 einzuschalten.
-
Ein
zweites Messmodul 168 kann mit dem ersten Messmodul 134 verbunden
sein, wobei der Eingangsschnittstellen-Konnektor 164 des
zweiten Moduls 168 in den Ausgangsschnittstellen-Konnektor 166 des
ersten Messmoduls 134 eingesteckt wird. Die gemeinsamen
Systemressourcen sind von dem ersten Messmodul 134 mit
dem zweiten Messmodul 168 gekoppelt, und zwar durch die
Verbindung der elektrisch leitfähigen
Ausgangskontakte 174 der gemeinsamen Ressource mit den
elektrisch leitfähigen Eingangskontakten 172 der
gemeinsamen Ressourcen. Die modulspezifischen Ressourcen sind von dem
ersten Messmodul 134 mit dem zweiten Messmodul 168 gekoppelt,
und zwar durch die Verbindung des ersten Kontakts der Anordnung
von modulspezifischen, elektrisch leitfähigen Ausgangskontakte 182 mit
dem ersten Kontakt der Anordnung modulspezifischer, elektrisch leitfähiger Eingangskontakte 170. Die
modulspezifischen Ressourcen für
das zweite Messmodul 168 werden durch das inkrementale
Busstrukturelement 162 zu den zweiten modulspezifischen
Ressourcenleitungen des Systembusses zurückgekoppelt. Die modulspezifischen
Ressourcen für
das dritte, das vierte, das fünfte
und das sechste Messmodul stammen entsprechend von den dritten, vierten,
fünften
und sechsten modulspezifischen Ressourcenleitungen der Anordnung
von modulspezifischen Ressourcenleitungen des Systembusses.
-
Die
inkrementale Busstruktur 10 kann außerhalb der Messmodule implementiert
werden. Das Busstrukturelement kann ein Kabel sein, das an dessen
Enden Verbinder aufweist, wobei es sich bei einem der Verbinder
bzw. Konnektoren um einen Eingangsverbinder für das Modul und bei dem anderen Konnektor
um Doppel-Eingangs- und Ausgangs-Konnektoren handelt. Der Eingangsverbinder des
Kabels ist mit dem Systembus verbunden, und der Eingangsverbinder
des Doppelverbinders des Kabels ist mit einem Eingangsverbinder
in einem ersten Messmodul verbunden. Der Eingangsverbinder eines
zweiten Busstrukturelements ist mit dem Ausgangsverbinder des Doppelverbinders
verbunden, der mit dem ersten Messmodul verbunden ist. Der Eingangsverbinder
des Doppelverbinders des zweiten Busstrukturelements ist mit einem
Eingangsverbinder des zweiten Messmoduls verbunden. Zusätzliche
Module können
hintereinander unter Verwendung der inkrementalen Busstrukturelemente
mit dem System verbunden werden.
-
Beschrieben
wurde eine inrekementale Busstruktur, die in einem modularen Messinstrumentsystem
eingesetzt werden kann. Die inkrementale Busstruktur weist einen
Systembus auf, mit mindestens einer Anordnung von N modulspezifischen
Systemressourcenleitungen und gemeinsamen Ressourcenleitungen sowie
einem inkrementalen Busstrukturelement. Das inkrementale Busstrukturelement
weist elektrisch leitfähige
Eingangs- und Ausgangskontakte auf, wobei die Anordnung von Kontakten
mit den gemeinsamen Systemressourcenleitungen gekoppelt ist. Das
inkrementale Busstrukturelement weist mindestens eine Anordnung
von N elektrisch leitfähigen
Eingangs- und Ausgangskontakten auf, die der Anordnung der N elektrisch
leitfähigen
Leitungen entsprechen, wobei der erste elektrisch leitfähige Eingangskontakt
der Anordnung elektrisch mit elektronischen Elementen in einem Messmodul
gekoppelt ist, und wobei der zweite und die verbleibenden elektrisch
leitfähigen
Eingangskontakte der Anordnung versetzt und elektrisch mit den ersten
und folgenden elektrisch leitfähigen
Ausgangskontakten des Busstrukturelements gekoppelt sind. Weitere
inkrementale Busstrukturelemente, die den zusätzlichen Messmodulen zugeordnet
sind, können
mit den vorangehenden inkrementalen Busstrukturelementen verbunden
werden, um die Busstruktur auf weitere Messmodule auszudehnen.
-
Beschrieben
wurden somit eine inkrementale Busstruktur sowie zugeordnete inkrementale
Busstrukturelemente, die in einem modularen Messinstrument eingesetzt
werden können.
Während
zahlreiche Abänderungen
und Modifikationen der vorliegenden Erfindung für den Fachmann nach dem Lesen der
vorstehenden Beschreibung ersichtlich sind, wird hiermit festgestellt,
dass die besonderen dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele
lediglich Veranschaulichungszwecken dienen und keine einschränkende Funktion
besitzen. Verweise auf Einzelheiten der jeweiligen Ausführungsbeispiele schränken den
Umfang der anhängigen
Ansprüche nicht
ein.