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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Datenübertragung über ein symmetrisches Leiterpaar,
ein Kommunikationsbussystem, das über ein derartiges Leiterpaar
kommuniziert, und auf eine Sendevorrichtung zur Verwendung in einem
Kommunikationsbussystem.
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In
der PCT Patentanmeldung Nr. WO 02/37780 wird ein Leitungstreiber
für ein
Bussystem beschrieben, der ein Paar „Drähte" zur Übertragung von Daten nutzt.
Der Leitungstreiber steuert das Paar von „Drähten" unterschiedlich an. Das unterschiedliche
Ansteuern hat den Vorteil, dass die Signale auf den Drähten wenig
elektromagnetische Störbeeinflussung
verursachen, wenn sie ein zeitlich konstantes Gleichtaktsignal mit
sich führen.
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In
dem Dokument WO 02/37780 wird darauf hingewiesen, dass selbst wenn
die Drähte
im Durchschnitt symmetrisch angesteuert werden, Unterschiede in
der Geschwindigkeit, mit der die Treiber verschiedene Drähte in zueinander
entgegengesetzter Richtung ansteuern, aufgrund von übergangsbezogenen
Fehlanpassungen Störungen
bewirken können.
In dem Dokument WO 02/37780 wird eine Verzögerungsleitung vorgesehen,
die aus einer Kette von Invertern besteht. Die Abgriffe der Inverter
sind über
Widerstand mit den Drähten
gekoppelt. Ausgänge
der aufeinanderfolgenden Inverter sind abwechselnd mit abwechselnden
Drähten
gekoppelt. Auf diese Weise setzen sich die Signalübergänge auf den
Drähten
aus einer Reihe von kleinen Schritten zusammen, die in der Größe angepasst
sind. Dies hat zur Folge, dass eine bessere Anpassung der Übergänge auf
den Drähten
realisiert wird.
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Der
Leitungstreiber aus dem Dokument WO 02/37780 hat das Problem, dass
er immer noch Störungen
bewirkt, weil die Schwankungen im Gleichtakt der Drähte, obwohl
sie durch die Verwendung der Verzögerungsleitung reduziert wurden,
aufgrund der Unterschiede zwischen den Ansteuerungsstärken der
Treiber, wenn die Ausgangsimpedanz der Inverter im Vergleich zu
der Impedanz der Widerstände nicht
vernachlässigbar
ist, immer noch vorhanden sind. Wenn die Inverter so stark gemacht
werden, dass ihre Ausgangsimpedanz im Vergleich zu der Impedanz
der Widerstände
vernachlässigbar
ist, würden
die Inverter jedoch unpraktisch groß. Außerdem würde die Verzögerung der
Verzögerungskette
beeinträchtigt.
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Die
US-amerikanische Patentschrift Nr. 6.154.061 befasst sich auf ähnliche
Weise mit einem Treiber für
ein Drahtpaar in einem Kommunikationsbus. Hier wird das Problem
der Unterschiede zwischen den Signalen auf den Drähten dadurch
gelöst, dass
zwei Stromquellen vorgesehen werden, die gleich große Ströme von entgegengesetzter
Polarität an
die entsprechenden Drähte
liefern. Die Stromquellen werden durch ein Stromspiegelverfahren
gesteuert, das heißt,
die Steuereingänge
der jeweiligen Stromquellen werden auch mit Steuereingängen der Referenzstromquellen
verbunden und das Ausgangssignal der Referenzstromquellen wird an
die Steuereingänge
zurückgekoppelt.
Die zu übertragenden
Daten werden genutzt, um den Sollstrom zu steuern, auf den die Ströme von beiden
Referenzstromquellen durch die Rückkopplungsschaltung
geregelt werden.
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Dies
hat zur Folge, dass die den beiden Drähten zugeführten Ströme im Allgemeinen gleich sind,
weil sie dem gleichen Sollstrom dynamisch folgen. Dieser Rückkopplungsmechanismus
stellt jedoch nicht sicher, dass die Ströme bei den höchsten Frequenzen,
die für
die Störungen
am bedeutendsten sind, übereinstimmen.
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Die
Erfindung hat unter anderem zur Aufgabe, die elektromagnetische
Störbeeinflussung
von einem Kommunikationsleiterpaar zu reduzieren.
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Die
Erfindung schafft ein System nach Anspruch 1. Der Strom zu den Drahtpaaren
wird in Schritten eingeschaltet, wobei aufeinanderfolgende Paare
von gesteuerten Stromquellen verwendet werden, die so gesteuert
werden, dass sie angepasste Ströme
liefern. Die Stromquellen für
das Paar liefern Ströme
von entgegengesetzter Polarität
an die betreffenden der Stromkommunikationsleiter. Somit sind die
Ströme
nicht abhängig
von den Spannungsabfällen
an Widerständen,
die den Strom zu den Drähten
führen,
wie dies im Dokument WO 02/37780 der Fall ist.
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Im
Prinzip kann jede Möglichkeit
zur Steuerung der Ströme
Anwendung finden. In einer Ausführungsform
werden Stromspiegelschaltungen benutzt, um eine Stromanpassung sicherzustellen,
wobei den jeweiligen Stromspiegeleingangsschaltungen der gleiche
Referenzstrom für
die verschiedenen Polaritäten
zugeführt
wird und wobei die Stromspiegeleingangsschaltungen die Ströme durch
Stromquellentransistoren in den unterschiedlich gesteuerten Stromquellen
steuern.
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In
dieser Ausführungsform
kann der Mechanismus zum Ein- und Ausschalten der Ströme Teil
der Rückkopplungsschleife
der Stromspiegel sein, wie dies in der US- amerikanischen Patentschrift Nr. 6.154.061
der Fall ist, in einer weiteren Ausführungsform ist jedoch eine
schaltbare Treiberschaltung zwischen den Ausgang der Stromspiegeleingangsschaltung
(die eine Rückkopplungsschleife
enthalten kann, die dann durch das Schalten nicht beeinflusst wird)
und den Stromquellentransistor geschaltet. Der Rückkopplungsmechanismus der
Stromspiegeleingangsschaltung wird somit kaum durch das Schalten beeinträchtigt,
und durch die Schritte wird eine dynamische Stromanpassung gewährleistet.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist ein gemeinsamer Kaskodentransistor zwischen den Ausgängen einer
Vielzahl von Stromquellentransistoren auf der einen Seite und dem
Buskommunikationsleiter auf der anderen Seite enthalten. Dadurch
werden die Störeffekte
reduziert.
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In
einer anderen Ausführungsform
werden entsprechende Kaskodentransistoren zwischen einzelnen der
Stromquellentransistoren und dem Buskommunikationsleiter verwendet,
und die Steuerelektroden der Kaskodentransistoren werden so gesteuert,
dass die aufeinanderfolgenden Schritte realisiert werden.
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Diese
und andere Aufgaben und weitere vorteilhafte Aspekte der Erfindung
werden anhand der folgenden Figuren beschrieben. Es zeigen
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1 ein
Buskommunikationssystem;
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2 eine
Ausführungsform
eines Leitungstreibers für
ein Drahtpaar;
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3 eine
weitere Ausführungsform
eines Leitungstreibers für
ein Drahtpaar.
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1 zeigt
ein Buskommunikationssystem, das eine Datenquelle 10, einen
Treiber 12, Kommunikationsleiter 14a, b und eine
Empfangsschaltung 16 enthält. Die Datenquelle 10 ist
mit einem Eingang des Treibers 12 verbunden. Die Ausgänge des
Treibers 12 sind über
Kommunikationsleiter mit Eingängen
der Empfangsschaltung 16 verbunden. Die Datenquelle 10 und
die Empfangsschaltung 16 können für den Betrieb in zum Beispiel
einem CAN-Bussystem eingerichtet sein, das an sich bekannt ist.
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Der
Treiber 12 enthält
eine Verzögerungsschaltung,
die aus einer Reihe von Invertern 120a–f, einer ersten und einer
zweiten Treiberleitung 127a, b, einer ersten Vielzahl von
mit der ersten Treiberleitung 127a verbundenen Stromquellenstufen 124a–c und einer
zweiten Vielzahl von mit der zweiten Treiberleitung 127b verbundenen
Stromquellenstufen 126a–c besteht. Aufeinanderfolgende
Abgriffe der Verzögerungsschaltung,
jedes Mal nach einem Paar aufeinanderfolgender Inverter 120a–f, sind
so verbunden, dass die Eingänge
der Stromquellenstufen 124a–c, 126a–c geschaltet
werden. Die Treiberleitungen 127a, b sind jeweils über einen
Kaskodentransistor 128a,b und eine Diode 129a,b
mit den Kommunikationsleitern 14a, b verbunden.
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Alle
Stromquellenstufen 124a–c, 126a–c sind ähnlich aufgebaut.
Daher werden nur eine der Stromquellenstufen 124a der ersten
Vielzahl und eine der Stromquellenstufen 126 der zweiten
Vielzahl im Detail dargestellt, wobei Bezugszeichen nur für eine der
Stromquellenstufen 124a vorgesehen sind. Diese Stromquellenstufe
umfasst einen Stromquellentransistor 136 und eine Schaltstufe
mit einem Inverter 130, einem Pull-up-Transistor 132 und einem Pull-down-Transistor 134.
Die Hauptstromkanäle
des Pull-up-Transistors 132 und
des Pull-down-Transistors 134 sind zwischen einen Versorgungsleiter
Vdd und einen Referenzleiter 123a in Reihe geschaltet. Die
Steuerelektroden des Pull-up-Transistors 132 und
des Pull-down-Transistors 134 werden über den Inverter 130 bzw.
direkt von einem Abgriff der Verzögerungsschaltung gesteuert.
Der Stromquellentransistor 136 hat einen Hauptstromkanal,
der zwischen den Stromversorgungsleiter Vdd und die zweite Treiberleitung 127a geschaltet
ist. Die Steuerelektrode des Stromquellentransistors 136 ist
mit einem Knotenpunkt zwischen dem Hauptstromkanal des Pull-up-Transistors 132 und
dem Hauptstromkanal des Pull-down-Transistors 134 verbunden.
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Eine
Referenzschaltung umfasst eine Referenzstromquelle 121 und
Stromeingangstransistoren 122a, b. Die Hauptstromkanäle der Spiegeleingangstransistoren 122a,
b sind mit der Referenzstromquelle 121 in Reihe geschaltet.
Die Referenzleiter 123a, b sind mit den entsprechenden
Knotenpunkten zwischen den Hauptstromkanälen der Spiegeleingangstransistoren
und der Referenzstromquelle 121 verbunden. Die Steuerelektroden
der Spiegeltransistoren 122a, b sind mit den Referenzleitern 123a,
b verbunden.
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Im
Betrieb liefert die Datenquelle 10 ein zwischen zwei Logikpegeln
umschaltendes Signal an die Inverter 120a–f. Die
Signale werden auf die Schalteingänge der Stromquellenstufen 124a–c, 126a–c kopiert,
so dass Übergänge im Signal
aufeinanderfolgende Stufen mit zunehmender Verzögerung erreichen. Wenn das
einer Stromquellenstufe zugeführte
Signal logisch niedrig ist, ist die Steuerelektrode des Stromquellentransistors 136 mit
dem Referenzleiter 123a verbunden. Dies hat zur Folge,
dass der Stromquellentransistor 136 einen durch die Spannung
am Referenzleiter 123a gesteuerten Strom zieht. Dieser
Strom wird von der Treiberleitung 127a gezogen.
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Die
Spannung am Referenzleiter 136a wird durch die Referenzstromquelle 121 und
den Spiegeleingangstransistor 122a so gesteuert, dass der
von der Stromquellen schaltung 124a gezogene Strom ein vorgegebenen
Verhältnis
zu dem von der Referenzstromquelle 121 gelieferten Strom
hat. Wenn das Signal logisch hoch ist, zieht die Stromquellenschaltung 124a keinen
Strom.
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Paare
von Stromquellenschaltungen (124a, 126a), (124, 126b),
(124c, 126c), die Schaltsignale von dem gleichen
Abgriff der Verzögerungsleitung
erhalten, sind so dimensioniert, dass in jedem Paar beide Stromquellenschaltungen
im Wesentlichen den gleichen Strom von den Treiberleitungen 127a,
b ziehen. Infolgedessen werden die von verschiedenen Treiberleitungen 127a,
b gezogenen Ströme
in aufeinanderfolgenden Stufen symmetrisch ein- und ausgeschaltet.
Dadurch werden Änderungen
im Gleichtaktstrom zu den Treiberleitungen 127a, b vermieden.
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Obwohl
in 1 drei Paare von Stromquellenschaltungen 124a–c, 126a–c dargestellt
sind, versteht sich, dass in der Praxis zwei Paare verwendet werden
können,
oder eine größere Anzahl
als drei, zum Beispiel vier usw. oder sogar zwanzig oder mehr, mit
einer entsprechend größeren Anzahl
von Invertern 120a–f
in der Verzögerungsschaltung,
so dass jedes Paar mit einer anderen Verzögerung einschaltet. Je mehr
Stromquellestufen vorhanden sind, desto geringer ist die Fehlanpassung
zwischen den dynamischen Strömen.
Bei zwanzig Stufen und minimalen Verzögerungen kann eine Gesamtschaltzeit von
zwanzig Nanosekunden zum Beispiel auf den Kommunikationsleitern 14a,
b realisiert werden.
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Die
Kaskodentransistoren 128a leiten den Strom zwischen den
Treiberleitungen 127a, b (127 ?) und den Kommunikationsleitern 14a,
b weiter. Die Kaskodentransistoren 128a, b stellen eine
niedrige Impedanz für
die Treiberleitungen 127a, b dar und reduzieren die Asymmetrie
aufgrund von Störeffekten in
der Treiberschaltung 12, und sie stellen eine hohe Impedanz
für die
Kommunikationsleiter 14a, b dar. Die Dioden 129a,
b sind in Reihe mit den Hauptstromkanälen der Kaskodentransistoren 128a,
b vorgesehen, die mit den Kommunikationsleitern 14a, b verbunden
sind, um somit ein Bus-Clamping zu verhindern.
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2 zeigt
eine alternative Ausführungsform
der Treiberschaltung 12. In dieser Ausführungsform sind Kaskodentransistoren 29 in
den Stromquellenstufen 20a–c, 22a–c enthalten,
wobei ihr Hauptstromkanal in Reihe mit dem Hauptstromkanal des Stromquellentransistors 28 liegt.
Eine Inverterschaltung 24, 26 in den Stromquellenstufen 20a–c, 22a–c steuert
die Steuerelektrode von Transistor 29 an. Diese Inverterschaltung
umfasst eine Reihenschaltung der Hauptstromkanäle von komplementären Transistoren,
die zwischen einen Knotenpunkt zwischen den Hauptstromkanälen des
Kaskodentransistors 29 und des Stromquellentransistors 28 und
die Stromversorgungsverbindung Vss geschaltet sind. Die Steuerelektroden
der Transistoren in den Invertern sind mit Abgriffen der Verzögerungsschaltung verbunden,
wobei abwechselnde Abgriffe mit den Stromquellenstufen, die die
abwechselnden Kommunikationsleiter 14a, b ansteuern, verbunden
sind. In dieser Ausführungsform
wurde die Ansteuerungsstärke
der Schaltungen untereinander abgestimmt, so dass die Quellen 20a, 22b im
Wesentlichen gleichzeitig eingeschaltet werden, ebenso wie die Quellen 20b, 22b und
so weiter.
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Im
Betrieb werden die Kaskodentransistoren 29 der aufeinanderfolgenden
Stufen 20a–c, 22a–c unter
der Steuerung der Inverter 120a–f nacheinander ein- oder ausgeschaltet.
Durch die Verwendung einzelner Kaskodentransistoren kann Fläche eingespart
werden, insbesondere, wenn der Kaskodentransistor 29 groß dimensioniert
werden muss, um einen großen
Spannungsabfall aufzunehmen.
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Obwohl
die Erfindung anhand von zwei besonders vorteilhaften Arten von
Stromquellenstufen beschrieben wurde, versteht es sich, dass anstelle der
Stufen andere Arten von schaltbaren gesteuerten Stromquellen verwendet
werden können.
Gleichermaßen
versteht es sich, dass obwohl eine Kette von Invertern verwendet
wurde, um die Verzögerungsschaltung
zu implementieren, stattdessen auch andere Arten von Verzögerurtgsschaltungen
verwendet werden können.
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3 zeigt
eine Treiberschaltung, die vorgesehen ist, um jeden Kommunikationsleiter 14a,
b mit einer von zwei verschiedenen Polaritäten anzusteuern. Die Treiberschaltung
enthält
eine Verzögerungsschaltung 120,
eine gemeinsame Stromquelle 121, positive und negative
Stromsteuerungsschaltungen 38a, b, eine Vielzahl von ersten
Stromquellenstufen 30 einer ersten Polarität, eine
Vielzahl von zweiten Stromquellenstufen 32 der ersten Polarität, eine
Vielzahl von dritten Stromquellenstufen 34 einer zweiten Polarität und eine
Vielzahl von vierten Stromquellenstufen 36 der zweiten
Polarität.
Die gemeinsame Stromquelle 121 ist mit beiden positiven
und negativen Stromsteuerungsschaltungen 38a, b verbunden, deren
Ausgänge
mit der ersten und der zweiten Stromquellenstufe bzw. mit der dritten
und der vierten Stromquellenstufe verbunden sind.
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Die
Ausgänge
der ersten Stromquellenstufen 30 und der dritten Stromquellenstufen 34 sind
mit dem ersten Kommunikationsleiter 14a verbunden. Die
Ausgänge
der zweiten Stromquellenstufen 32 und der vierten Stromquellenstufen 36 sind
mit dem zweiten Kommunikationsleiter 14b verbunden. Aufeinanderfolgende
der ersten Stromquellenstufen 30 werden von der Verzögerungsschaltung 120 aus nacheinander
ein- und ausge schaltet. Das gleiche gilt für die zweiten, dritten und
vierten Stromquellenstufen. Die Schaltung ist so eingerichtet, dass
die ersten und dritten Stromquellenstufen 30, 34 auf
im Wesentlichen komplementäre
Weise ein- und ausgeschaltet werden. Dies kann zum Beispiel realisiert werden,
indem die Ausgänge
der Verzögerungskette 120 mit
geeigneter Signalpolarität
verwendet werden. Das gleiche gilt für die zweiten und vierten Stromquellenstufen 32, 36.
Die Stromquellenstufen 30, 32, 34, 36 von 3 können wie
in den 1 und 2 dargestellt implementiert
werden, wobei gemeinsame Stromspiegeleingangsschaltungen als Stromsteuerungsschaltungen 38a,
b verwendet werden. Alternativ können
separate Paare von Steuerungsschaltungen für die erste und die dritte
Stromquellenstufe 30, 34 bzw. für die zweite
und die vierte Stromquellenstufe 32, 36 verwendet
werden. In einer Ausführungsform
kann eine leichte relative Verzögerung
zwischen den komplementären
Stromquellen vorgesehen werden, die ausreichend ist, um eine zeitliche Überlappung
der Stromzuführung
von entgegengesetzter Polarität
zu dem gleichen Kommunikationsleiter von Paaren von Stromquellen
zu verhindern, die unter der Steuerung des gleichen Abgriffs der
Verzögerungsleitung
eingeschaltet werden.
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Obwohl
die Erfindung in Hinblick auf spezielle Ausführungsformen beschrieben wurde,
ist zu beachten, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen
beschränkt
ist. Anstelle eines Paares von gemeinsamen Stromspiegeleingangsschaltungen
zum Steuern der Steuerelektrode aller Stromquellentransistoren kann
man zum Beispiel natürlich separate
Paare von Stromspiegeleingangsschaltungen verwenden, oder tatsächlich andere
Arten von Schaltungen, die angepasste Ströme für einzelne Paare von Stromquellen,
die im Wesentlichen gleichzeitig eingeschaltet werden, oder für Gruppen
von Paaren von Stromquellen sicherstellen.
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Als
weiteres Beispiel können
anstelle von Schaltern zwischen den Stromspiegeleingangsschaltungen
und den Stromquellentransistoren oder zwischen den Stromquellentransistoren
und den Kommunikationsleitern (wie in den Figuren abgebildet) Schalter
in derartigen individuellen Stromspiegeleingangsschaltungen verwendet
werden, um die Datenabhängigkeit
zu realisieren.