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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Empfängerdetektierungstechniken
und insbesondere auf Verfahren und Vorrichtungen zum Detektieren
eines Empfängers
auf einem Express-Verbindungssystem zum Verbinden von Peripheriekomponenten
(Peripheral Component Interconnect Express link system).
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
Spezifikation zur Verbindung von Peripheriekomponenten (PCI von
englisch ,Peripheral Component Interconnect'), (herunterladbar von www.pci-sig.com)
definiert, wie eine oder mehrere periphere Vorrichtungen über eine
serielle Eingangs-/Ausgangs-Busverbindung mit einer Rechenvorrichtung
kommunizieren können.
Die serielle Verbindung kann innerhalb einer einzelnen Rechenvorrichtung
sein oder kann eine oder mehrere Rechenvorrichtungen und periphere
Vorrichtungen miteinander verbinden. Die ursprüngliche PCI-Spezifikation definiert
einen 32-Bit-PCI-Bus, der bei 33 MHz mit einem Spitzendurchsatz
von 132 Megabytes/Sekunde arbeitet. Bis vor kurzem war die Leistungsfähigkeit der
ursprünglichen
PCI-Spezifikation für
die meisten Anwendungen geeignet. Da die Verarbeitungsraten von
handelsüblichen
Prozessoren gestiegen sind, hat die Verarbeitungskapazität der Prozessoren,
Daten zu verarbeiten, die Kapazität des PCI-Busses, Daten zu
liefern, schließlich überstiegen.
Folglich können
neue Prozessoren Daten schneller verarbeiten als der PCI-Bus die
Daten an den Prozessor liefern kann.
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Eine
aktualisierte Version der PCI-Spezifikation, genannt PCI-Express,
sieht vor, die Computerleistungsfähigkeit durch das Erhöhen des
Datenflusses zwischen einem Prozessor und verschiedenen peripheren
Vorrichtungen, wie z.B. Netzkarten, Druckern und Speicherplatten,
zu verbessern. Anstatt Daten auf einem parallelen Bus zu übertragen,
der die Übertragungshöchstgeschwindigkeit
beschränkt, verwendet
der PCI-Express serielle Hochgeschwindigkeitsbahnen mit 2,5 Gbit/Sekunde
oder mehr, um die Daten zu übertragen.
Wenn mehrere Bah nen, z.B. 32 Bahnen, verwendet werden, kann die
Höchstgeschwindigkeit
bis zu 80 Gbit/Sekunde betragen.
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Außerdem enthält der PCI-Express
eine Anzahl von neuen Merkmalen, die die Zuverlässigkeit, Zeitsteuerung und
Skalierbarkeit des Busses verbessern sollen. Zum Beispiel erfordert
der PCI-Express-Standard, dass Sender eine "Empfängerdetektierungs"-Funktion unterstützen, die
es einem Sender ermöglicht,
zu bestimmen, ob am weit entfernten Ende einer Kommunikationsverbindung
ein Empfänger
vorhanden ist. Es besteht deshalb ein Bedarf an einer Empfängerdetektierungsschaltung,
die von einem Sender verwendet werden kann, der über einen PCI-Express Bus kommuniziert.
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Die
internationale Veröffentlichung
mit der Nummer
WO 01/73465
A offenbart eine Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren
für das
Ausführen eines
eingebauten Selbsttests (BIST von englisch ,built-in self-test') eines Datenkommunikationssystems.
Die Vorrichtung der Erfindung weist einen Sender, einen mit dem
Sender gekoppelten Empfänger und
ein mit dem Sender und dem Empfänger
gekoppeltes Teststeuersystem für
das Messen einer Datenfehlerrate des Datenkommunikationssystems
auf. Der Sender, der Empfänger
und das Testssteuersystem sind auf einem gemeinsamen Substrat, wie
z.B. einer integrierten Schaltung, angeordnet.
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Die
internationale Veröffentlichung
mit der Nummer
WO 98/28886
A offenbart eine Leitungsanschlussschaltung, die einen
Pufferabschnitt für
die Verbindung mit einer Übertragungsleitung
und für
die Ausführung
von mindestens einer der Funktionen des Empfangens von Signalen
von der Übertragungsleitung
und des Sendens von Signalen über
die Übertragungsleitung;
einen steuerbaren Stromquellenabschnitt, der verbunden ist, um einem
Stromsteuersignal entsprechend einen Strom in einen Knoten zwischen
dem Pufferabschnitt und der Übertragungsleitung
zu injizieren oder daraus zu ziehen; und einen Gleichtaktspannungssteuerabschnitt
zum Detektieren einer Gleichtaktspannungskomponente auf der mit
dem Pufferabschnitt verbundenen Übertragungsleitung
und zum Erzeugen des Stromsteuersignals in Reaktion auf die detektierte
Gleichtaktspannungskomponente und zum Ausgeben des Stromsteuersignals
an den Stromquellenabschnitt aufweist; wobei der Gleichtaktspannungssteuer abschnitt
dafür ausgebildet
ist, das Stromsteuersignal derart auszugeben, dass sich die Gleichtaktspannungskomponente
innerhalb der Grenzen eines vorherbestimmten Spannungsintervalls
befindet.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Bestimmen,
ob ein Empfänger
auf einer PCI-Express-Verbindung vorhanden ist, nach Anspruch 1
vorgesehen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Empfängerdetektierungsschaltung
für die
Verwendung in einem Sender, der mit einer PCI-Express-Verbindung verbunden ist, nach
Anspruch 8 vorgesehen.
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Allgemein
sind ein Verfahren und eine Vorrichtung für das Detektieren eines Empfängers über einen
PCI-Express-Bus vorgesehen. Ein Empfänger wird auf einer PCI-Express-Verbindung
durch das Anpassen einer Gleichtaktspannung unter Verwendung eines
in einen oder mehrere Senderausgangsknoten injizierten Stroms und
das Detektieren auf der Basis einer Spannungsänderungsrate, ob ein Empfänger vorhanden
ist, detektiert. Der Strom kann zum Beispiel unter Steuerung einer
Amplitudensteuerschaltung von einer Ladungspumpe injiziert werden. In
verschiedenen Ausführungsformen
kann die Ladungspumpe mit einem CML-Sendepuffer oder einem Sendepuffer
vom H-Brückentyp
integriert sein.
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Optional
vergleicht die Amplitudensteuerschaltung die angepasste Gleichtaktspannung
mit einer oder mehreren vordefinierten Spannungen und kann die angepasste
Gleichtaktspannung zwischen zwei vordefinierten Spannungen aufrechterhalten. Die
Amplitudensteuerschaltung liefert ein Signal an die Ladungspumpe,
um den in die Senderausgangsknoten injizierten Strom zu steuern.
Die Amplitudensteuerschaltung liefert auch ein Signal an einen beispielhaften
Zeitgeber. Der Zeitgeber misst die Änderungsrate der Gleichtaktspannung,
um zu bestimmen, ob ein Empfänger
vorhanden ist, und erzeugt optional eine Detektierungsausgabemarkierung,
die anzeigt, ob ein Empfänger
vorhanden ist.
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Ein
vollständigeres
Verständnis
der vorliegenden Erfindung sowie auch weitere Merkmale und Vorteile
der vorliegenden Erfindung werden durch den Bezug auf die folgende
detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen erhalten.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1A ist
ein schematisches Blockdiagramm eines Senders und eines Empfängers, die über eine
PCI-Express-Verbindung kommunizieren;
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1B ist
ein schematisches Blockdiagramm des Senders und des Empfängers aus 1A,
wenn der Empfänger
nicht mit der PCI-Express-Verbindung verbunden ist;
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2 ist
ein schematisches Blockdiagramm eines Senders, der Merkmale der
vorliegenden Erfindung beinhaltet;
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3 ist
ein schematisches Blockdiagramm, das eine beispielhafte Amplitudensteuerschaltung aus 2 im
weiteren Detail erläutert;
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4 ist
ein schematisches Blockdiagramm, das eine beispielhafte Ladungspumpe
aus 2 im weiteren Detail erläutert;
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5 erläutert die
Gleichtaktspannung und das UP-Steuersignal für die Empfängerdetektierungsschaltung
aus 2;
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6 ist
ein schematisches Blockdiagramm, das eine andere Ladungspumpe erläutert, die
angewendet werden kann, wenn ein Strommoduslogik(CML von englisch
,current mode logic')-Sendepuffer
in dem Sender verwendet wird; und
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7 ist
ein schematisches Blockdiagramm, das eine andere Ladungspumpe erläutert, die
angewendet werden kann, wenn ein Sendepuffer vom H-Brückentyp
verwendet wird.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Empfängerdetektierungsschaltung 250,
erörtert
weiter unten in Verbindung mit 2, für die Verwendung durch
einen Sender 110, der über
eine PCI-Express-Verbindung 150 kommuniziert, bereit. 1A ist
ein schematisches Blockdiagramm eines Senders 110 und eines
Empfängers 170,
die über
eine Differenzialübertragungsleitungübertragungsleitung 150 kommunizieren.
Eine Wechselstromkopplung zwischen dem Sender 110 und dem
Empfänger 170 wird durch
den Kopplungskondensator 160 verwendet. Wie in 1A gezeigt,
weist der Sender 110 ein Paar Widerstände 115, 120 zwischen
der Differenzialübertragungsleitungübertragungsleitung 150 und
der Masse auf. Ebenso weist der Empfänger 170 ein Paar
Widerstände 175, 180 zwischen
der Differenzialübertragungsleitungübertragungsleitung 150 und
der Masse auf. Die Widerstände 115, 120, 175, 180 schließen die
Differenzialübertragungsleitungübertragungsleitung 150 ab,
um Reflektierungen bei höheren
Geschwindigkeiten zu vermeiden. Die Widerstände 115, 120, 175, 180 haben
typischerweise Widerstandswerte in der Größenordnung von 50 Ohm.
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Die
vorliegende Erfindung erkennt, dass, wenn der Empfänger 170 vorhanden
und mit der Übertragungsleitung 150 verbunden
ist, ein über
die Empfängerabschlusswiderstände 175, 180 mit
der Masse verbundener großer
Wechselstromkopplungskondensator 160 als eine Last für den Sender 110 wirkt.
Wenn eine Spannungsstufenänderung
an den Knoten Vx angelegt wird, folgt die Spannung bei out+ und
out– den
Vx-Änderungen.
Die Spannungsänderungsraten
am Ausgang out+ und out– des
Senders 110 werden jedoch von einer Zeitkonstante bestimmt,
die ungefähr
gleich X*Cac,coupling ist, wobei X die Ausgangsimpedanz
des Senders 110 (d.h. der Wert der Abschlusswiderstände 115, 120 in
Ohm) ist und Cac,coupling der Wert des Wechselstromkopplungskondensators 160 in
Farad ist.
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Wenn
der Empfänger
nicht vorhanden ist, wie in 1B gezeigt,
sind die Abschlusswiderstände 175, 180 des
Empfängers 170 nicht
vorhanden und ist die von dem Sender 110 gesehene Last
nur der den Knoten out+ und out– zugeordnete
parasitäre
Kondensator, bezeichnet als die Pad-Kapazität CPAD 165.
Die Spannungsänderungsrate
an dem Ausgang out+ und out– des
Senders 110 wird von einer Zeitkonstante X*CPAD bestimmt.
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Da
die Kapazität
des Wechselstromkopplungskondensators 160 viel größer ist
als die Kapazität
des Pad-Kondensators 165, wird, abhängig davon, ob ein Empfänger 170 vorhanden
ist, ein wesentlicher und messbarer Spannungsänderungsratenunterschied beobachtet.
Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Periode der Ausgabe des
Senders 110, bezeichnet als die Spannungsänderungsrate,
verwendet, um zu bestimmen, ob ein Empfänger 170 auf der PCI-Express-Verbindung 150 vorhanden
ist. Da die Verbindung 150 mit einem großen Wechselstromkopplungskondensator 160 wechselstromverbunden
ist und der Empfänger 170 (wenn vorhanden)
mit 50 Ohm-Widerständen 175, 180 abgeschlossen
ist, detektiert eine Empfängerdetektierungsschaltung
gemäß der vorliegenden
Erfindung durch das Messen der Spannungsänderungsrate des Senders 110,
ob ein Empfänger 170 vorhanden
ist.
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2 ist
ein schematisches Blockdiagramm eines Senders 200, der
Merkmale der vorliegenden Erfindung beinhaltet. Wie in 2 gezeigt,
weist der Sender 200 eine Empfängerdetektierungsschaltung 250 auf.
Allgemein detektiert die Empfängerdetektierungsschaltung 250 durch
das Messen der Spannungsänderungsrate
an dem Sender 200, ob ein (nicht gezeigter) Empfänger vorhanden
ist. In einer beispielhaften Implementierung ändert die Empfängerdetektierungsschaltung 250 die
ausgegebene Gleichtaktspannung Vx des Senders 200 und
detektiert die Spannungsänderungsrate
an den Senderausgangsknoten out+ und out–. Wie zuvor aufgezeigt, wird,
wenn ein Empfänger
vorhanden ist, die Spannungsänderungsrate
von der Zeitkonstante X*Cac,coupling annäherungsweise
bestimmt. Ebenso wird, wenn kein Empfänger vorhanden ist, die Spannungsänderungsrate
von der Zeitkonstante X*CPAD annäherungsweise
bestimmt. Die Empfängerdetektierungsschaltung 250 vergleicht
die gemessene Spannungsänderungsrate
mit einem Schwellenwert, um zu bestimmen, ob ein Empfänger vorhanden
ist.
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In
einer in 2 gezeigten beispielhaften Implementierung
verwendet die Empfängerdetektierungsschaltung 250 eine
Ladungspumpe 240, erörtert
weiter unten in Verbindung mit 4, die einer Amplitudensteuerschaltung 230,
erörtert
weiter unten in Verbindung mit 3, zugeordnet
ist, um die ausgegebene Gleichtakt(CM von englisch 'common mode')-Spannung des Senders 200 zu
variieren. Allgemein arbeitet die Empfängerdetektierungsschaltung 250 als
ein Kipposzillator. Die Ladungspumpe 240 injiziert Strom
in die Ausgangsknoten out+ und out– des Senders 200 und ändert dadurch
die Gleichtakt(CM)-Spannung des Senders 200. Eine Gleichtaktdetektierungsschaltung 205 misst
die ausgegebene CM-Spannung des Senders 200. Wie in 2 gezeigt,
ist die Gleichtaktdetektierungsschaltung 205 als zwei Widerstände 210, 220 implementiert,
die in Reihe zwischen die Senderausgangsknoten out+ und out– geschal tet
sind. Der Wert der Widerstände 210, 220 ist
verglichen mit den Abschlusswiderständen 115, 120 des
Senders 200 groß.
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Wie
untenstehend in Verbindung mit 3 erörtert, vergleicht
die Amplitudensteuerschaltung 230 die gemessene CM-Spannung
Vcm des Senders 200 mit vordefinierten
Spannungen Vref1 und Vref2 und stellt sicher, dass die von der Ladungspumpe 240 eingeführte CM-Spannungsänderung
zwischen Vref1 und Vref2 ist. Ein Zeitgeber 245 misst die Änderungsrate
der CM-Spannung Vcm, um zu bestimmen, ob
ein Empfänger
vorhanden ist. Der Zeitgeber 245 erzeugt eine Detektierungsausgabemarkierung, die
anzeigt, ob ein Empfänger
vorhanden ist. Zum Beispiel kann der Zeitgeber 245 eine
Markierung mit einem binären
Wert von eins, um anzuzeigen, dass ein Empfänger vorhanden ist, oder mit
einem binären Wert
von null, um anzuzeigen, dass kein Empfänger vorhanden ist, erzeugen.
Der Zeitgeber 245 wird von einem Taktsignal gesteuert.
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3 ist
ein schematisches Blockdiagramm, das eine beispielhafte Amplitudensteuerschaltung 230 aus 2 im
weiteren Detail erläutert.
Wie in 3 gezeigt, weist die Amplitudensteuerschaltung 230 ein
Paar Spannungskomparatoren 310, 320, ein Paar
NAND-Gates 330, 340 mit invertierten Ausgängen und
einen Inverter 350 auf. Im Betrieb wird beim Starten des
Empfängerdetektierungsprozesses
der Sendepuffer 270 (2) ausgeschaltet
und ist der Sender 200 in einem Modus mit einer hohen CM-Ausgangsimpedanz.
Wenn die gemessene CM-Spannung Vcm des Senders 200 größer ist
als die Spannung Vref2 (Vcm > Vref2),
wird das Abwärtssteuersignal
DN freigegeben und das Aufwärtssteuersignal
UP gesperrt. Demzufolge ändert
die Ladungspumpe 240 die Spannung bei out+/out– (2)
zu Vref1 hin.
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Wenn
die gemessene CM-Spannung Vcm des Senders 200 niedriger
ist als die Spannung Vref1 (Vcm < Vref1),
wird das Abwärtssteuersignal
DN gesperrt und wird das Aufwärtssteuersignal
UP freigegeben. Demzufolge ändert
die Ladungspumpe 240 die Spannung bei out+/out– (2)
zu Vref2 hin.
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4 ist
ein schematisches Blockdiagramm, das eine beispielhafte Ladungspumpe 240 aus 2 im
weiteren Detail erläutert.
Wie in 4 gezeigt, weist die Ladungspumpe 240 zwei
PMOS-Transistoren 410, 430 und zwei NMOS- Transistoren 420, 440 und
zwei Stromquellen 450, 460 auf. Die Transistoren 410, 430, 420, 440 sind
mit dem UP- bzw. DN-Steuersignal verbunden, die von der Amplitudensteuerschaltung 230 aus 3 erzeugt
werden. Die Aufwärtsstromquelle 450 ist
aktiv, wenn das UP-Steuersignal von der Amplitudensteuerschaltung 230 freigegeben
wird (d.h. wenn Vcm < Vref1
ist). Wenn die Aufwärtsstromquelle 450 aktiv
ist, ändert die
Ladungspumpe 240 die Spannung bei out+/out– zu Vref2
hin. Ebenso ist die Abwärtsstromquelle 460 aktiv,
wenn das DN-Steuersignal von der Amplitudensteuerschaltung 230 freigegeben
wird (d.h. wenn es Vcm > Vref2
ist). Wenn die Abwärtsstromquelle 460 aktiv
ist, ändert
die Ladungspumpe 240 die Spannung bei out+/out– zu Vref1
hin.
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5 erläutert die
Gleichtaktspannung Vcm (Vout+/Vout–) 510 und das Aufwärtssteuersignal 520. Wie
in 5 gezeigt, wird die Gleichtaktspannung Vcm zwischen
Vref1 und Vref2 durch eine selektive Anlegung des UP- und des DN-Steuersignals auf
die oben beschriebene Art aufrechterhalten. Wie zuvor aufgezeigt,
misst der Zeitgeber 245 (2) eine Änderungsrate
der CM-Spannung Vcm, um zu bestimmen, ob
ein Empfänger
vorhanden ist. Der Zeitgeber 245 misst die Vcm-Änderungsrate
durch das Messen der Periode t des UP- oder des DN-Steuersignals. Die
Periode t ist umgekehrt proportional zu der Vcm-Änderungsrate. Wenn die Periode
t einen gewissen Schwellenwert übersteigt
(der Schwellenwert hängt
vom gegenwärtigen
Wert des Pad-Kondensators CPAD 165 und
dem verwendeten Wechselstromkopplungskondensator 160 ab),
wird die Ausgabe des Zeitgebers 245 auf einen binären Wert
von eins gestellt, um die Gegenwart des Empfängers anzuzeigen. Wenn die
Periode t kleiner ist als der Schwellenwert, wird die Ausgabe des
Zeitgebers 245 auf einen binären Wert von null gestellt,
um anzuzeigen, dass kein Empfänger
vorhanden ist.
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6 ist
ein schematisches Blockdiagramm, das eine andere Ladungspumpe erläutert, die
verwendet werden kann, wenn ein Strommodus-Logik(CML)-Sendepuffer 270 verwendet
wird. Die Schaltung 600 weist eine in den CML-Puffer integrierte
Ladungspumpe auf. CML-Puffer werden oft bei Hochgeschwindigkeitspufferkonstruktionen
verwendet. Die in 6 gezeigte Ladungspumpe soll
vorhandene Transistoren in dem CML-Puffer 270 mitnutzen,
um die parasitäre
Kapazität
zu reduzieren. Die obenstehend in Verbindung mit 4 erörterte Ladungspumpe 240 kann
mit einem CML-Puffer vereinfacht werden.
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Wie
in 6 gezeigt, wird der CML-Puffer 610 von
einem ersten Schalter S1 gesteuert, der in einer offenen Position
in einem Empfängerdetektierungsmodus
und in einer geschlossenen Position in einem Datenmodus sein kann.
Außerdem
weist die integrierte Schaltung 600 einen zweiten Schalter
S2 auf, der bestimmt, ob eine Aufwärtsstromquelle IUP 620 in
der Schaltung 600 enthalten ist. Der zweite Schalter S2
ist in einer offenen Position in einem Datenmodus und in einer geschlossenen
Position in einem Empfängerdetektierungsmodus.
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Die
Gatesteuersignale der Transistoren M1 und M2 werden von zwei Multiplexern 630, 640 gesteuert.
Wenn sie in einem Empfängerdetektierungsmodus
sind, sind die zwei Multiplexer 630, 640 so konfiguriert,
dass die Ausgangssignale A, B den gleichen Wert haben wie das Abwärtssteuersignal
DN. In einem Datenübertragungsmodus
sind die zwei Multiplexer 630, 640 so konfiguriert,
dass die Ausgangssignale A, B den gleichen Wert haben wie die jeweiligen
Datensignale Data_P und Data_N. Die Stromquelle Iss kann so programmierbar
gemacht sein, dass im Empfängerdetektierungsmodus
Iss gleich Iup ist. Die Ausgangsgleichtaktspannung VCM wird
direkt an dem Knoten VCM detektiert.
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7 ist
ein schematisches Blockdiagramm, das eine andere Ladungspumpe erläutert, die
verwendet werden kann, wenn ein Sendepuffer 710 vom H-Brückentyp
verwendet wird. Die Schaltung 700 weist eine in den Puffer 710 vom
H-Brückentyp
eingegliederte Ladungspumpe auf. Der Puffer 710 vom H-Brückentyp
weist vier Transistoren M1-M4 auf und kann als eine Ladungspumpe
in einem Empfängerdetektierungsmodus
konfiguriert sein. Wie in 7 gezeigt,
werden vier Multiplexer 720, 730, 740, 750 verwendet,
um UP/DN-Signale (von der Amplitudensteuerschaltung 230)
in dem Empfängerdetektierungsmodus
oder Dateneingaben in einem normalen Übertragungsmodus als die Eingabe
zu wählen.
Die Stromquellen 11 und 12 können im Empfängerdetektierungsmodus
entsprechend den UP- und DN-Steuersignalen auf eine ähnliche
Art wie die Stromquellen IUP und ION aus 2 auf einen
anderen Wert eingestellt werden. Die CM-Spannung VCM kann
direkt an dem mittleren Punkt von zwei Abschlusswiderständen R1
und R2 erfasst werden, wie in 7 gezeigt. Der
Empfängerdetektierungssteuerprozess
kann auf die oben in Verbindung mit 2 beschriebene
Art ausgeführt
werden.
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Es
versteht sich, dass die hierin gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen
und Variationen lediglich die Prinzipien dieser Erfindung veranschaulichen
und dass vom Fachmann verschiedene Modifikationen davon ausgeführt werden
können, ohne
vom Umfang der Erfindung abzuweichen.