DE60124020T2

DE60124020T2 - Ausgangstreiber mit stromdetektor

Info

Publication number: DE60124020T2
Application number: DE60124020T
Authority: DE
Inventors: H. Paul Andrews; S. Alma ANDERSON
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: NXP BV
Priority date: 2000-12-08
Filing date: 2001-11-23
Publication date: 2007-06-14
Anticipated expiration: 2021-11-24
Also published as: EP1382119A2; CN1255949C; CN1483244A; US6664815B2; ATE343249T1; US20020070764A1; JP2004515969A; KR20020082225A; JP4198462B2; WO2002047339A2; WO2002047339A3; EP1382119B1; DE60124020D1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Elektronik, und insbesondere auf eine Anordnung, die die Zusammenschaltung von Anordnungen, die ein I²C-Interface verwenden, erleichtert.
Der „Inter Integrated Circuit"(I²C)-Bus ist ein Industriestandard-Bus-Interface, das von der Philips Corporation entwickelt wurde, das es integrierten Schaltungen erlaubt, direkt miteinander über einen einfachen bidirektionalen 2-Draht-Bus zu kommunizieren. Das Miteinanderverbinden von Anordnungen in einem I²C-basierten System kann durch direktes Anschließen von ihnen an die zwei Busleitungen erreicht werden: eine serielle Datenleitung (SDA) für die Kommunikation von Daten und eine serielle Taktleitung (SCL) für die Steuerung und Synchronisation der Kommunikation von Daten zwischen den Anordnungen.
1 zeigt ein Blockschaltbild eines I²C-Repeaters 1 mit einem Kanal (SDA oder SCL). In einem typischen I²C-Bus wird eine weitere identische Schaltung wie die in 1 für den anderen Kanal (SCL oder SDA, wie auch immer) verwendet. Repeater 1 ist eine Anordnung, die die Trennung zweier I²C-Bus-Segmente, Segmente A und B, durch elektrisches Isolieren der zwei Segmente und Wiederholen der Signale von einem Element zu dem anderen erlaubt. Jedes Segment ist ein „Wired-OR"-Typ. Alle Anordnungen an dem Bus sind Anordnungen mit offenem Kollektor/offener Drain und sind nur fähig, den Bus in einen L (Low)-Zustand (ungefähr 0 Volt) zu treiben. Ein externer Pull-up-Widerstand zieht den Bus auf H (High) (etwa Vdd), wenn keine Anordnung ihn auf L (Low) treibt. Ein Hauptnachteil mit dieser Art Repeater ist, dass er in einen L (Low)-Zustand einrasten („latchen") kann. Wenn beispielsweise Segment A auf L (Low) getrieben ist, treibt Repeater 1 Segment B durch Puffer 10 auf L (Low). Dieses durch Puffer 10 verursachte L (Low) an Segment B darf nicht verursachen, dass Puffer 20 Segment A auf L (Low) treibt, sonst findet eine Latch-Bedingung statt. Auch kann Puffer 20 nicht abgeschaltet werden, weil jede Anordnung an Segment B Segment B auf L (Low) treiben kann, in welchem Fall Puffer 20 Segment A auf L (Low) treiben muss. Das Dokument US-A- 3.832.498 offenbart einen bidirektionalen Bus-Puffer mit einer Vorkehrung zum Vermeiden von Latch-Up.
Deshalb gibt es einen Bedarf für eine Konfiguration, die effektiv bestimmen kann, ob ein Repeater-Puffer, d.h. Puffer 10, die einzige Anordnung ist, die den Bus auf L (Low) treibt, um so jegliche Latch-Bedingungen zu vermeiden.
Die vorliegende Erfindung schafft einen Ausgangstreiber, der verwendet werden kann, um zu bestimmen, ob ein Repeater-Puffer die einzige Anordnung ist, die einen Bus auf L (Low) treibt. Gemäß der Erfindung wird der Strom durch die Ausgangstreiberschaltung mit einem Referenzstrom verglichen. Wenn der Strom größer als der Referenzstrom ist, dann ist die Ausgangstreiberschaltung (und so der Repeater-Puffer) der einzige Ausgang, der den Bus auf L (Low) treibt. Anderseits, wenn der Strom geringer als der Referenzstrom ist, dann ist die Ausgangstreiberschaltung nicht die einzige Anordnung, die den Bus auf L (Low) treibt. Diese Information kann in einem I²C-Repeater verwendet werden, um die richtige Antwort des Repeaters zu bestimmen und eine Latch-Bedingung zu verhindern.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Ausgangstreiberschaltung zum Anschließen an einen Bus geschaffen. Die Schaltung umfasst einen ersten Ausgangstreiber, der an den Bus angeschlossen ist; einen zweiten Ausgangstreiber zum Erzeugen eines Referenzstroms; und einen Komparator, der an den ersten und zweiten Ausgangstreiber angeschlossen ist, zum Vergleichen von Strom, der durch den ersten Ausgangstreiber fließt, mit dem Referenzstrom, um zu bestimmen, ob es eine externe Anordnung gibt, die den Bus treibt.
Gemäß einem Aspekt der ersten Ausführungsform der Erfindung enthält der erste Ausgangstreiber einen ersten Widerstand und einen ersten Transistor, und der zweite Ausgangstreiber enthält einen zweiten Widerstand und einen zweiten Transistor.
Gemäß einem anderen Aspekt der ersten Ausführungsform der Erfindung ist der erste Widerstand im Wert ein wenig größer als der zweite Widerstand und der erste und zweite Transistor sind im Wesentlichen identisch.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Ausgangstreiberschaltung zum Anschließen an einen Bus geschaffen. Die Schaltung umfasst eine Parallelschaltung mit ersten und zweiten Pfaden, der erste Pfad zum Anschließen an den Bus; einen Transistor, der in Serie an die Parallelschaltung angeschlossen ist; und einen Komparator, der an den ersten und zweiten Pfad angeschlossen ist, zum Vergleichen von Strömen, die durch die zwei Pfade fließen, um zu bestimmen, ob es eine externe Anordnung gibt, die den Bus treibt.
Gemäß einem Aspekt der zweiten Ausführungsform der Erfindung enthält der erste Pfad erste und zweite Widerstände, und der zweite Pfad enthält dritte und vierte Widerstände.
Gemäß einem anderen Aspekt der zweiten Ausführungsform der Erfindung ist der erste Pfad ein niederohmiger Pfad und der zweite Pfad ein hochohmiger Pfad. Außerdem sind die ersten, zweiten, dritten und vierten Widerstände so skaliert, dass, wenn es keine externen Anordnungen gibt, die den Bus treiben, der Komparator eine vorher festgelegte Differenz zwischen den Strömen, die durch die zwei Pfade fließen, detektiert.
Andere Aufgaben und Leistungen zusammen mit einem vollständigeren Verstehen der Erfindung werden durch Bezug auf die folgenden Beschreibungen und Ansprüche in Verbindung mit der einhergehenden Zeichnung offensichtlicher und verständlicher.
Diese und andere Aspekte der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm eines Standard-I²C-Repeaters mit einem Kanal;
2 eine Ausgangstreiberschaltung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 die Ausgangstreiberschaltung von 2 mit einer zusätzlichen Anordnung;
4 eine Ausgangstreiberschaltung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
5 die Ausgangstreiberschaltung von 4 mit einer zusätzlichen Anordnung.
In allen Figuren weisen gleiche Bezugzeichen auf gleiche oder entsprechende Merkmale oder Funktionen hin.
2 illustriert eine Ausgangstreiberschaltung 30 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Schaltung 30 ist die Ausgangsschaltung eines Puffers (z.B. Puffer 10 oder 20 in 1). Beispielsweise entspricht in dem Fall von Puffer 20 VoutA der Spannung am Bussegment A in 1. Im dem Fall von Puffer 10 20 VoutA der Spannung am Bussegment A in 1. Im dem Fall von Puffer 10 entspricht VoutA der Spannung am Bussegment B in 1.
In 2 umfasst Schaltung 30 einen Ausgangstreiber 32, einen Repliktreiber 34 und einen Komparator 36 beispielsweise in der Form eines Op-Amps. Ausgangstreiber 32 enthält einen Drainwiderstand R1 und einen NMOS-Transistor Q1. Repliktreiber 34 enthält einen Drainwiderstand R2, etwas niedriger als R1, und einen zu Q1 identischen NMOS-Transistor Q2. Replikausgangstreiber 34 wird zum Erzeugen eines Referenzstroms verwendet, wie unten diskutiert werden wird.
Wenn die Gatespannung (an Knoten gt1) der Transistoren Q1 und Q2 H (High) wird, schalten beide Transistoren ein und ziehen ihre Ausgänge auf L (Low). Da der Ausgang L (Low) wird, wird die Drain/Source-Spannung jedes Transistors weniger als die Gate/Source-Spannung und geht in den linearen Betriebsbereich und verhält sich folglich wie ein Widerstand. Da die Transistoren Q1 und Q2 identisch sind und identische Gate/Source-Spannungen haben, tendieren sie dazu, gleiches Verhalten und identische Widerstandswerte zu haben. Dieses Widerstandsverhalten verbessert sich, wenn die Drain/Source-Spannung abnimmt. Deshalb sind die Ströme durch die Transistoren Q1 und Q2 identisch, wenn sie identische Lasten haben, angenommen, dass die Widerstandswerte der zwei Transistoren identisch sind. Lasten für den Transistor Q1 sind R1 und Rx1, während die Lasten für den Transistor Q2 R2 und Rx2 sind. Lastwiderstände Rx1 und Rx2 sind als identisch gewählt. Bei der Auswahl R2 < R1 fließt ein etwas unterschiedlicher Strom durch Transistoren Q1 und Q2. Diese Stromdifferenz wird als eine Spannungsdifferenz über Widerstand R1 gegen Masse und R2 gegen Masse gemessen. Wenn Ausgangstreiberschaltung 30 die einzige Anordnung ist, den Bus auf L (Low) treibt, ist die an R1 gesehene Spannung VoutA größer als die Spannung VsamA an R2. Diese Spannungsdifferenz wird von Komparator 36 detektiert. Also wenn Knoten gt1 auf H (High) geht, geht der Ausgang von Komparator 36 auch auf H (High) und zeigt an, dass Ausgangstreiberschalung 30 (d.h. der Puffer) die einzige Ausgangsanordnung ist, die den Bus treibt.
Wenn die Ausgangstreiberschaltung 30 wegen einer zusätzlichen Anordnung 50 wie in 3 illustriert nicht die einzige Anordnung ist, die den Bus auf L (Low) treibt, fließt weniger Strom durch R1 und die an R1 gesehene Spannung VoutA ist kleiner als die Spannung VsamA an R2. Diese Spannungsdifferenz wird auch von dem Komparator 36 detektiert. Die Änderung der Spannung an R1 aufgrund des Stromteilens auf dem Bus wird verwendet, um zu bestimmen, ob die Ausgangstreiberschaltung 30 (und so der Repeaterpuf fer) die einzige Anordnung ist, die den Bus treibt. Wenn, in 3, der Knoten gt1 H (High) wird, während der Knoten gt3 immer noch L (Low) ist, zeigt das an, dass die Ausgangstreiberschaltung 30 (d.d. der Puffer) die einzige Anordnung ist, die den Bus auf L (Low) treibt, und der Ausgang des Komparators 36 ist H (High). Wenn Knoten gt1 und gt3 beide auf H (High) gehen, zeigt das an, dass es eine zusätzliche Anordnung 50 gibt, die den Bus auf L (Low) treibt, und der Ausgang des Komparators 36 geht auf L (Low).
4 zeigt eine Ausgangstreiberschaltung 60 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie Schaltung 30 ist Schaltung 60 die Ausgangstufe eines Puffers (z.B. Puffer 10 oder 20 in 1). Ähnlich entspricht in dem Fall von Puffer 20 VoutA1 der Spannung am Bussegment A in 1. In dem Fall von Puffer 10 entspricht VoutA1 der Spannung am Bussegment B.
In 4 umfasst Schaltung 60 eine Parallelschaltung 62, einen NMOS-Transistor Q4 und einen Komparator 66. Parallelschaltung 62 enthält zwei Pfade: Pfad 1 und Pfad 2. Der Strom durch Ausgangstransistor Q4 wird zwischen den zwei Pfaden geteilt. Die Ströme durch diese Pfade werden in der Form von Spannungsabfällen durch Komparator 66 verglichen, um zu bestimmen, ob Ausgangstreiberschaltung 60 (d.h. der Puffer) die einzige Anordnung ist, die den Bus (d.h. VoutA1) auf L (Low) zieht. Wenn Transistor Q4 ON ist, ist der Drainstrom von Q4 die Summe der Ströme durch die zwei Pfade. Pfad 1 ist ein niederohmiger Pfad, der Widerstände R1a und R1b enthält. Pfad 2 ist ein hochohmiger Pfad, der Widerstände R2a und R2b enthält. In einem speziellen Beispiel haben R1a und R1b jeder den Wert von 20 Ohm und R2a und R2b haben jeder einen Wert von 10 kOhm. Die Widerstände in Pfad 2 müssen im Wert nicht gleich sein, um einen festen Spannungsoffset für Komparator 66 zu erzeugen. Auf diese Weise ist, wenn Ausgangstreibertransistor Q4 ON ist und Ausgangstreiberschaltung 60 (d.h. der Puffer) die einzige Anordnung ist, die den Bus auf L (Low) treibt, der Strom durch R1a gleich dem Strom durch R1b und an R1a wird ein Spannungspegel VsamA1 gesetzt. Da der Strom durch R2a immer dem Strom durch R2b gleicht, können diese zwei Widerstände so skaliert werden, dass die Spannung VsamA1 an R2a kleiner als die Spannung VoutA1 an R1a ist. Wenn also Knoten gt4 auf H (High) geht, geht der Ausgang des Komparators 66 auf H (High) und zeigt an, dass Ausgangstreiberschaltung 60 (d.h. der Puffer) die einzige Ausgangsanordnung ist, die den Bus treibt.
Wenn eine andere Anordnung 80 auch den Bus auf L (Low) treibt, wie in 5 gezeigt, ist der Strom durch R1b größer als der Strom durch R1a. Dies veranlasst den Spannungspegel VsamA1 an R1a unter den an R2a gesetzten Pegel VoutA1 zu fallen, was von Komparator 66 detektiert werden kann, wie in 5 gezeigt. Diese Änderung in der Spannung an R1a aufgrund des Stromteilens an dem Bus wird verwendet, um zu bestimmen, ob Ausgangstreiberschaltung 60 (d.h. der Puffer) die einzige Anordnung ist, die den Bus treibt. Wenn also, in 5, Knoten gt4 auf H (High) geht, während Knoten gt5 immer noch L (Low) ist, zeigt dies an, dass Ausgangstreiberschaltung 60 (und so der Puffer) die einzige Anordnung ist, die den Bus auf L (Low) treibt, und der Ausgang des Komparators 66 ist H (High). Wenn beide Knoten gt4 und gt5 auf H (High) gehen, zeigt dies an, das es eine zusätzliche Anordnung 80 gibt, die den Bus auf L (Low) treibt, und der Ausgang von Komparator geht auf L (Low).
Obwohl die Erfindung in Verbindung mit speziellen Ausführungsformen beschrieben worden ist, wird es deutlich sein, dass angesichts der vorhergehenden Beschreibung viele Alternativen, Modifikationen und Variationen für den Fachmann möglich sind. Dementsprechend ist es beabsichtigt, alle solche Alternativen, Modifikationen und Variationen als mit in den Schutzumfang der Erfindung fallend zu umfassen.

Claims

Ausgangstreiberschaltung (30) zum Anschließen an einen Bus, die Folgendes umfasst: – einen ersten Ausgangstreiber (32), der an den Bus angeschlossen ist; – einen zweiten Ausgangstreiber (34) zum Erzeugen eines Referenzstroms; und – einen Komparator (36), der an den ersten und zweiten Ausgangstreiber angeschlossen ist, zum Vergleichen von Strom, der durch den ersten Ausgangstreiber fließt, mit dem Referenzstrom, um zu bestimmen, ob es eine externe Anordnung gibt, die den Bus treibt.
Schaltung nach Anspruch 1, in der der erste Ausgangstreiber einen ersten Widerstand (R1) und einen ersten Transistor (Q1) enthält; und in der der zweite Ausgangstreiber einen zweiten Widerstand (R2) und einen zweiten Transistor (Q2) enthält.
Schaltung nach Anspruch 2, in der der erste Widerstand im Wert ein wenig anders als der zweite Widerstand ist und der erste und zweite Transistor im Wesentlichen identisch sind.
Schaltung nach Anspruch 3, in der der erste Widerstand im Wert ein wenig größer als der zweite Widerstand ist.
Schaltung nach Anspruch 1, in der der Bus ein I²C-Bus ist.
Verfahren, das folgende Schritte umfasst: – Anschließen eines ersten Ausgangstreibers an einen Bus; – Erzeugen eines Referenzstroms unter Verwendung eines zweiten Ausgangstreibers; und – Vergleichen, mit einem Komparator, von Strom, der durch den ersten Ausgangstreiber fließt, mit dem Referenzstrom, um zu bestimmen, ob es eine externe Anordnung gibt, die den Bus treibt.
Verfahren nach Anspruch 6, in dem der erste Ausgangstreiber einen ersten Widerstand und einen ersten Transistor enthält; und in dem der zweite Ausgangstreiber einen zweiten Widerstand und einen zweiten Transistor enthält.
Verfahren nach Anspruch 7, in dem der erste Widerstand im Wert ein wenig größer als der zweite Widerstand ist und der erste und zweite Transistor im Wesentlichen identisch sind.
Verfahren nach Anspruch 6, in dem der Bus ein I²C-Bus ist.
Ausgangstreiberschaltung (60) zum Anschließen an einen Bus, die Folgendes umfasst: – eine Parallelschaltung (62), die erste und zweite Pfade enthält, der erste Pfad zum Anschließen an den Bus; – einen Transistor (Q4), der in Serie an die Parallelschaltung angeschlossen ist; und – einen Komparator (66), der an den ersten und zweiten Pfad angeschlossen ist, zum Vergleichen von Strömen, die durch die zwei Pfade fließen, um zu bestimmen, ob es eine externe Anordnung gibt, die den Bus treibt.
Schaltung nach Anspruch 10, in der der erste Pfad erste und zweite Widerstände (R1a, R1b) enthält; und in der der zweite Pfad dritte und vierte Widerstände (R2a, R2b) enthält.
Schaltung nach Anspruch 11, in der der erste Pfad ein niederohmiger Pfad ist; in der der zweite Pfad ein hochohmiger Pfad ist.
Schaltung nach Anspruch 11, in der die ersten, zweiten, dritten und vierten Widerstände so skaliert sind, dass, wenn es keine externen Anordnungen gibt, die den Bus treiben, der Komparator eine vorher festgelegte Differenz zwischen den Strömen, die durch die zwei Pfade fließen, detektiert.
Schaltung nach Anspruch 10, in der der Bus ein I²C-Bus ist.
Verfahren, das die folgenden Schritte umfasst: – Anschließen eines ersten Pfades einer Parallelschaltung an einen Bus, wobei die Parallelschaltung auch einen zweiten Pfad enthält; – Anschließen eines Transistors an die Parallelschaltung in Serie; und – Vergleichen, mit einem Komparator, von Strömen, die durch die zwei Pfade fließen, um zu bestimmen, ob es eine externe Anordnung gibt, die den Bus treibt.
Verfahren nach Anspruch 15, in dem der erste Pfad erste und zweite Widerstände enthält; und in dem der zweite Pfad dritte und vierte Widerstände enthält.
Verfahren nach Anspruch 16, in dem der erste Pfad ein niederohmiger Pfad ist; in dem der zweite Pfad ein hochohmiger Pfad ist.
Verfahren nach Anspruch 16, in dem die ersten, zweiten, dritten und vierten Widerstände so skaliert sind, dass, wenn es keine externen Anordnungen gibt, die den Bus treiben, der Komparator eine vorher festgelegte Differenz zwischen den Strömen, die durch die zwei Pfade fließen, detektiert.
Verfahren nach Anspruch 15, in dem der Bus ein I²C-Bus ist.