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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen digitale Systeme,
die eine Vielzahl von Stromversorgungspegeln und Datenbusse umfassen.
Genauer gesagt betrifft diese Erfindung ein digitales System, das
Untersysteme umfasst, die durch gemeinsame Busse verbunden sind,
welche ein automatisches Laden von bestimmten Bussen oder Leitungen erfordern.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen digitale Systeme,
die eine Vielzahl von Stromversorgungspegeln, Betriebsmodi und mindestens
einen Datenbus umfassen. Systeme, wie beispielsweise Fernsehsysteme,
Heim- und tragbare Audiosysteme und Satellitenempfangssysteme können mehr
als einen Stromversorgungspegel oder Betriebsmodus enthalten. Beispiele
von Betriebsmodi wären
Arbeitsmodi, in denen das System in seinem primären vorgesehenen Betriebsmodus
funktioniert, wie beispielsweise bei einem Fernsehsystem, in dem das
System ein Fernsehsignal empfängt,
das Signal decodiert und das Bild auf einem Fernsehbildschirm anzeigt.
In einem Bereitschaftsmodus befindet sich ein System in einem sekundären Betriebsmodus,
wobei es typischerweise nur eine Untermenge von den Funktionen,
die in dem Arbeitsmodus durchgeführt werden,
und möglicherweise
eine Anzahl von Funktionen durchführt, die in dem Arbeitsbetriebsmodus normalerweise
nicht durchgeführt
werden. Bei einem Fernsehsystem wird kein Bild angezeigt und kein
Audio gespielt, aber einige Abschnitte der Elektronik können mit
Strom versorgt werden, um gesendete Verwaltungs- oder Programmführungsdaten
zu empfangen, oder können
auf Steuerungsbefehle der Fernbedienung warten, um den Arbeitsmodus
wieder aufzunehmen. Während
des ausgeschalteten Modus wird der Strom zu dem Gerät unterbrochen
und Untersysteme werden nicht mit Strom versorgt.
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US-5,831,467 offenbart eine
Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1. Bei dieser Vorrichtung ist eine Vielzahl von Speichereinrichtungen
mit ein- und demselben Bus verbunden und jede von ihnen weist einen
Bustreiber auf, der über
einen Schalter mit ein- und derselben Stromversorgung verbunden
ist. Durch zeitweises Ausschalten von dem einen oder dem anderen
dieser Schalter wird die Belastung der Stromversorgung reduziert.
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Im
Bereitschaftsmodus ist es wünschenswert,
Strom zu so vielen Systemen wie möglich zu unterbrechen, um den
Stromverbrauch zu reduzieren. Reduzierter Stromverbrauch führt zu reduzierten Wärmeemissionen
von der Elektronik und reduziert die Notwendigkeit von aktiven Kühlungssystemen, wie
beispielsweise Ventilatoren. Das Ausschließen der Notwendigkeit von aktiven
Kühlungssystemen während des
Bereitschaftsmodus bringt die wünschenswerte
Wirkung mit sich, den Stromverbrauch noch weiter zu senken und die
Geräuscherzeugung zu
reduzieren, wenn die Einrichtung von dem Benutzer nicht verwendet
wird.
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Ein
Problem, das beim Versuch entsteht, Strom zu so vielen Untersystemen
wie möglich
zu unterbrechen, tritt auf, wenn ein oder mehrere Systeme oder integrierte
Schaltungen integrierte Pull-Up-Widerstände umfassen. 1 stellt
ein herkömmlich eingesetztes
Verfahren zum Laden einer Datenbusleitung (150) dar und
stellt die Probleme dar, die auftreten, wenn mehr als ein Untersystem
(130, 140) an dieselbe Datenbusleitung (150)
angeschlossen ist, jedes mit seinem jeweiligen integrierten Pull-Up-Widerstand
(135, 145). Wenn das in 1 gezeigte System
in dem Arbeitsmodus funktioniert, liegt eine Spannung sowohl an
der zweiten Stromversorgung (120) als auch an der ersten
Stromversorgung (110) an. Wenn das System in den Bereitschaftsmodus versetzt
wird und nur von dem Untersystem 2 (140) verlangt wird,
Bereitschaftsfunktionen aufrechtzuerhalten, ist es wünschenswert,
Strom zum Untersystem 1 (130) zu unterbrechen, während gleichzeitig Strom
zum Untersystem 2 (140) aufrechterhalten wird. Nun tritt
ein Problem auf, weil, sobald die erste Stromversorgung (110)
auf null Volt gesetzt ist, die Kombination aus einem ersten Widerstand
(135) und einem zweiten Widerstand (145) zu einem
Spannungsteiler für
die zweite Stromversorgung (120) wird und die Spannung
der Datenbusleitung (150) aufgrund der geteilten Spannung
zwischen dem zweiten Stromversorgungspegel (120) und null
Volt auf einen niedrigeren Pegel als erwünscht absinkt. Es wäre demzufolge
wünschenswert,
den ersten Widerstand (135) zu entfernen und zu veranlassen, dass
der zweite Widerstand (145) die erforderliche Ladung an
die Busleitung (150) anlegt. Allerdings werden Untersysteme
häufig
von externen Zulieferern konzipiert oder hergestellt und kommen
mit integrierten Pull-Up-Widerständen auf
den Markt, die nicht einfach entfernt werden können. Dies trifft insbesondere
bei integrierten Schaltungen zu, wo die Pull-Up-Widerstände innerhalb
der integrierten Schaltung liegen und nicht entfernt werden können. Es
wäre wünschenswert,
ein alternatives Verfahren zu finden, um in der Lage zu sein, die
Spannung zu einem ersten Untersystem (130) zu unterbrechen und
die Spannung für
ein zweites Untersystem (140) aufrechtzuerhalten, während gleichzeitig
die unerwünschten
Wirkungen von geteilter Spannung, wie vorstehend beschrieben, vermieden
werden, und ohne die Entfernung des Pull-Up-Widerstandes des heruntergeschalteten
Untersystems zu verlangen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einem
Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Vorrichtung,
die einen ersten Betriebsmodus und einen zweiten Betriebsmodus aufweist,
einen Datenbus, eine erste Stromversorgung, die in dem genannten
ersten Modus funktioniert, eine zweite Stromversorgung, die in dem genannten
ersten Modus funktioniert, eine dritte Stromversorgung, die in dem
genannten ersten Modus und dem genannten zweiten Modus funktioniert; und
einen Transistor mit einer Basis, einem Kollektor und einem Emitter,
wobei die genannte erste Stromversorgung mit der Basis elektrisch
gekoppelt ist, wobei die zweite Stromversorgung mit dem Kollektor elektrisch
gekoppelt ist, wobei die Signalleitung mit dem Emitter elektrisch
gekoppelt ist und die dritte Stromversorgung mit der Signalleitung
elektrisch gekoppelt ist, wobei der genannte Transistor während des
genannten ersten Modus in Durchlassrichtung betrieben wird und während des
genannten zweiten Modus in Sperrrichtung betrieben wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Die
vorstehend erwähnten
und andere Merkmale und Vorteile dieser Erfindung und die Art und Weise
diese zu erreichen werden deutlicher und die Erfindung wird verständlicher,
wenn sie unter Bezugnahme auf die nachfolgende Beschreibung von
Ausführungsformen
der Erfindung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen gesehen wird,
wobei:
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1 ein
Schaltbild einer Datenbusleitung mit Pull-Up-Widerständen ist, die in ihre jeweiligen Untersysteme
gemäß dem Stand
der Technik integriert sind.
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2 ein
Blockdiagramm einer Datenbusleitung mit Pull-Up-Widerständen ist, die in eine Schaltungsanordnung
ihrer jeweiligen Untersysteme gemäß einer ersten beispielhaften
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung integriert sind.
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3 ein
Blockdiagramm einer Datenbusleitung mit Pull-Up-Widerständen ist, die in eine Schaltungsanordnung
ihrer jeweiligen Untersysteme gemäß einer zweiten beispielhaften
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung integriert sind.
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4 ein
Blockdiagramm einer Datenbusleitung mit Full-Up-Widerständen ist, die in eine Schaltungsanordnung
ihrer jeweiligen Untersysteme gemäß einer dritten beispielhaften
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung integriert sind.
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5 ein
Zustandsdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform des Betriebs der
Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Unter
Bezugnahme auf 1 wird ein Schaltbild einer
Datenbusleitung mit Pull-Up-Widerständen gezeigt, die in ihre jeweiligen
Untersysteme gemäß dem Stand
der Technik 100 integriert sind. Das in 1 abgebildete
System umfasst eine erste Stromversorgung 110, die in einem
ersten Betriebsmodus funktioniert, eine zweite Stromversorgung 120,
die in dem ersten Betriebsmodus und einem zweiten Betriebsmodus
funktioniert, ein erstes Untersystem 130, das einen ersten
Pull-Up-Widerstand 135 umfasst, ein zweites Untersystem 140,
das einen zweiten Pull-Up-Widerstand 145 umfasst, wobei
das erste Untersystem 130 und das zweite Untersystem 140 beide
mit mindestens einer Datenbusleitung 150 verbunden sind.
Die Datenbusleitung könnte
beispielsweise eine I2C Busleitung sein,
wie sie herkömmlicherweise
in Verbraucherelektroniksystemen, wie beispielsweise Vorrichtungen
zum Verarbeiten von Fernsehsignalen, verwendet wird.
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Unter
Bezugnahme auf 2 wird ein Blockdiagramm einer
Datenbusleitung mit Pull-Up-Widerständen gezeigt, die in eine Schaltungsanordnung
ihrer jeweiligen Untersysteme gemäß einer ersten beispielhaften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung integriert sind. Das in 2 abgebildete
System umfasst eine erste Stromversorgung 210, die in einem
ersten Betriebsmodus funktioniert, eine zweite Stromversorgung 220,
die in einem ersten und einem zweiten Betriebsmodus funktioniert,
ein erstes Untersystem 230, das einen ersten Pull-Up-Widerstand 235 umfasst,
ein zweites Untersystem 240, das einen zweiten Pull-Up-Widerstand 245 umfasst,
wobei das erste Untersystem 230 und das zweite Untersystem 240 beide
mit mindestens einer Datenbusleitung 250 und einem ersten
Transistor 260 verbunden sind, wobei die Basis und der
Kollektor des genannten Transistors 260 mit der ersten
Stromversorgung 210 verbunden sind, und der Emitter des
Transistors mit dem ersten Untersystem 230 verbunden ist,
einschließlich einer
Verbindung zu dem Pull-Up-Widerstand 235 innerhalb des
ersten Untersystems 230.
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Bei
dieser in 2 gezeigten beispielhaften Ausführungsform
wird, wenn das System 200 in dem ersten Betriebsmodus,
einem Arbeitsmodus, funktioniert, Strom sowohl von der ersten Stromversorgung 210 als
auch von der zweiten Stromversorgung 220 geliefert. Wenn
durch die erste Stromversorgung 210 Strom an die Basis
des ersten Transistors 260 angelegt wird, wird der Transistor 260 zwischen
dem Kollektor und dem Emitter leitend und dem ersten Untersystem
wird Strom geliefert. Der durch die beispielhafte Ausführungsform
gelieferte Strom beträgt
ungefähr
0,7 Volt weniger als der Strom, welcher der Basis des Transistors 260 geliefert
wird, und anschließend
resultiert daraus ein Abfall von 0,7 Volt zwischen dem Kollektor
und Emitter. Der Grundversorgungsleitung und/oder dem Kollektor
des Transistors 260 kann ein Widerstandsnetz hinzugefügt werden,
um sicherzustellen, dass der Transistor gesättigt ist, was zu einem Abfall
von nur 0,2 Volt zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Transistors 260 führt. Wenn
sich das System 200 in dem zweiten Betriebsmodus, einem
Bereitschaftsmodus, befindet, in dem einige der Untersysteme heruntergeschaltet sind,
um den Energieverbrauch und die Wärmeerzeugung zu reduzieren,
wird Strom zu der ersten Stromversorgung 210 unterbrochen.
Strom wird dem Untersystem 2 240 immer noch durch die zweite Stromversorgung 220 geliefert.
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Die
Datenbusleitung wird durch den zweiten Pull-Up-Widerstand 245 geladen,
der innerhalb des Untersystems 2 240 liegt. Diese Pull-Up-Spannung an
der Datenbusleitung 250 führt zu einer Sperrvorspannung
des ersten Transistors 260, wodurch die Datenbusleitung 250 von
der ersten Stromversorgung 210 elektrisch getrennt wird.
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Unter
Bezugnahme auf 3 wird ein Blockdiagramm einer
Datenbusleitung mit Pull-Up-Widerständen gezeigt, die in eine Schaltungsanordnung
ihrer jeweiligen Untersysteme gemäß einer zweiten beispielhaften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung integriert sind. Das in 3 abgebildete
System umfasst eine erste Stromversorgung 310, die in einem
ersten Betriebsmodus funktioniert, eine zweite Stromversorgung 320,
die in einem ersten und zweiten Betriebsmodus funktioniert, eine
dritte Stromversorgung 370, die in einem ersten Betriebsmodus funktioniert,
ein erstes Untersystem 330, das einen ersten Pull-Up-Widerstand 335 umfasst,
ein zweites Untersystem 340, das einen zweiten Pull-Up-Widerstand 345 umfasst,
wobei das erste Untersystem 330 und das zweite Untersystem 340 beide
mit mindestens einer Datenbusleitung 350 und einem ersten Transistor 360 verbunden
sind, wobei der Kollektor des genannten Transistors 360 mit
der ersten Stromversorgung 310 verbunden ist, die Basis
des genannten Transistors 360 mit der dritten Stromversorgung verbunden
ist, und der Emitter des Transistors mit dem ersten Untersystem 330 verbunden
ist, einschließlich
einer Verbindung zu dem Pull-Up-Widerstand 335 innerhalb
des ersten Untersystems 330.
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Bei
dieser in 3 gezeigten beispielhaften Ausführungsform
wird, wenn das System 300 in dem ersten Betriebsmodus,
einem Arbeitsmodus, funktioniert, Strom durch die erste Stromversorgung 310 und
die zweite Stromversorgung 320 und die dritte Stromversorgung 370 geliefert.
Wenn durch die dritte Stromversorgung 370 Strom an die
Basis des ersten Transistors 360 angelegt wird, wird der
Transistor 360 zwischen dem Kollektor und dem Emitter leitend, und
dem ersten Untersystem wird Strom geliefert. Der Strom, der durch
die dritte Stromversorgung 370 geliefert wird, kann so
gewählt
werden, dass er einen Wert aufweist, der hoch genug ist, um sicherzustellen,
dass der Transistor gesättigt
ist, was zu einem Abfall von nur 0,2 Volt zwischen dem Kollektor
und dem Emitter des Transistors 360 führt. Der Spannungspegel, welcher
der Basis des Transistors 360 geliefert wird, kann auch
durch Bereitstellen eines Widerstandsnetzes zwischen der dritten
Stromversorgung 370 und der Basis des Transistors 360 angepasst
werden. Wenn sich das System 300 in dem zweiten Betriebsmodus,
einem Bereitschaftsmodus, befindet, in dem einige der Untersysteme
heruntergeschaltet sind, um den Energieverbrauch und die Wärmeerzeugung
zu reduzieren, wird Strom zu der ersten Stromversorgung 310 und
der dritten Stromversorgung 370 unterbrochen. Strom wird
dem Untersystem 2 340 immer noch durch die zweite Stromversorgung 320 geliefert.
Die Datenbusleitung wird durch den zweiten Pull-Up-Widerstand 345 geladen, der
innerhalb des Untersystems 2 340 liegt. Diese Pull-Up-Spannung
an der Datenbusleitung 350 führt zu einer Sperrvorspannung
des ersten Transistors 360, wodurch die Datenbusleitung 350 von
der ersten Stromversorgung 310 elektrisch getrennt wird.
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Unter
Bezugnahme auf 4 wird ein Blockdiagramm einer
Datenbusleitung mit Pull-Up-Widerständen gezeigt, die in eine Schaltungsanordnung
ihrer jeweiligen Untersysteme gemäß einer dritten beispielhaften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung integriert sind. Das in 4 abgebildete
System umfasst eine erste Stromversorgung 410, die in einem
ersten Betriebsmodus funktioniert, eine zweite Stromversorgung 420,
die in einem ersten und zweiten Betriebsmodus funktioniert, eine
Quelle eines Steuersignals 470, ein erstes Untersystem 430,
das einen ersten Pull-Up-Widerstand 435 umfasst, ein zweites
Untersystem 440, das einen zweiten Pull-Up-Widerstand 445 umfasst,
wobei das erste Untersystem 430 und das zweite Untersystem 440 beide
mit mindestens einer Datenbusleitung 450 und einem ersten
Transistor 460 verbunden sind, wobei der Kollektor des
genannten Transistors 460 mit der ersten Stromversorgung 410 verbunden
ist, die Basis des genannten Transistors 460 mit der Quelle
eines Steuersignals 470 verbunden ist und der Emitter des Transistors
mit dem ersten Untersystem 430 verbunden ist, einschließlich einer
Verbindung zu dem Pull-Up-Widerstand 435 innerhalb des
ersten Untersystems 430.
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Bei
dieser in 4 gezeigten beispielhaften Ausführungsform
wird, wenn das System 400 in dem ersten Betriebsmodus,
einem Arbeitsmodus, funktioniert, ein Steuersignal an die Basis
des ersten Transistors 460 durch eine Quelle eines Steuersignals 470 angelegt,
wie beispielsweise einen Mikroprozessor oder eine diskrete analoge
Schaltung, Strom wird durch die erste Stromversorgung 410 und
die zweite Stromversorgung 420 geliefert. Wenn das Steuersignal
an die Basis des ersten Transistors 460 angelegt wird,
wird der Transistor 460 zwischen dem Kollektor und dem
Emitter leitend und dem ersten Untersystem wird Strom von der ersten
Stromversorgung 410 geliefert. Der Pegel des Steuersignals
sollte dergestalt gewählt
werden, dass es einen Spannungspegel aufweist, der hoch genug ist,
um sicherzustellen, dass der Transistor gesättigt ist, was zu einem Abfall
von nur 0,2 Volt zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Transistors 460 führt, um
sicherzustellen, dass der Spannungspegel, der dem ersten Untersystem 430 geliefert
wird, so nah wie möglich
bei dem Spannungspegel der ersten Stromversorgung 410 liegt. Wenn
sich das System 400 in dem zweiten Betriebsmodus, einem
Bereitschaftsmodus, befindet, in dem einige der Untersysteme heruntergeschaltet
sind, um den Energieverbrauch und die Wärmeerzeugung zu reduzieren,
wird das Steuersignal zu der Basis des Transistors 460 unterbrochen.
Die Spannung der ersten Stromversorgung 410 kann abhängig von
der Anwendung reduziert werden, ausgeschaltet werden oder bei ihrem
vollen Spannungspegel belassen werden. Strom wird dem Untersystem
2 440 immer noch durch die zweite Stromversorgung 420 geliefert.
Die Datenbusleitung wird durch den zweiten Pull-Up-Widerstand 445 geladen,
der innerhalb des Untersystems 2 440 liegt. Diese Pull-Up-Spannung
an der Datenbusleitung 450 führt zu einer Sperrvorspannung des
ersten Transistors 460, wodurch die Datenbusleitung 450 von
der ersten Stromversorgung 410 elektrisch getrennt wird.
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Unter
Bezugnahme auf 5 wird ein Zustandsdiagramm 600 einer
beispielhaften Ausführungsform
des Betriebs der Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung
gezeigt. Wenn sich das System in einem ersten Betriebsmodus 630, dem
Arbeitsmodus, befindet, werden alle Systeme, die für den normalen
Betrieb des Systems erforderlich sind, mit Strom versorgt und funktionieren.
Bei dem Arbeitsmodus sind aktive Kühlungseinrichtungen, wie beispielsweise
Ventilatoren, akzeptabel und können
verwendet werden, weil der Benutzer etwas Betriebsgeräusch während dieses
Betriebsmodus erwartet und hinnehmen kann. Wenn sich das System allerdings
in dem zweiten Betriebsmodus 610, dem Bereitschaftsmodus,
befindet, wird das System durch den Benutzer als ausgeschaltet wahrgenommen
und das durch aktive Einrichtungen erzeugte Geräusch ist weniger akzeptabel.
Wenn ein Benutzer entscheidet, das System zwischen dem ersten Betriebsmodus 630 und
dem zweiten Betriebsmodus 610 umzuschalten, wird ein erster
Umschaltvorgang 620 vorgenommen, wobei der Strom zu der
Basis des Transistors, wie in den vorhergehenden Figuren gezeigt, unterbrochen
wird, und wobei Spannung zu Systemen unterbrochen wird, die nicht
für den
Betrieb in dem Bereitschaftsmodus erforderlich sind. Wenn ein Benutzer
entscheidet, das System zwischen dem zweiten Betriebsmodus 610 und
dem ersten Betriebsmodus 630 umzuschalten, wird ein zweiter
Umschaltvorgang 640 vorgenommen, wobei die Spannung an
die Basis des Transistors, wie in den vorhergehenden Figuren gezeigt,
angelegt wird, und wobei Strom an Systeme angelegt wird, die für den Betrieb in
dem Arbeitsmodus erforderlich sind.