-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Zweidraht-Kommunikationsprotokoll
zwischen einer Steuervorrichtung und einer gesteuerten Vorrichtung.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf digital abstimmbare
elektronische Vorrichtungen wie etwa einen Kondensator, ein Potentiometer,
eine Stromquelle oder auf andere Elemente mit variabler Impedanz.
-
Sowohl
eine Steuervorrichtung als auch gesteuerte Vorrichtungen sind durch
eine Taktleitung und eine Datenleitung gekoppelt. Die Steuervorrichtung
sendet auf der Datenleitung Steuersignale, die N Bits enthalten,
wobei N größer oder
gleich zwei ist, zu der gesteuerten Vorrichtung.
-
Im
Stand der Technik offenbart das Dokument
US 5.084.667 eine Schaltung mit variabler
Impedanz für
den Einbau in elektronische Schaltungen anstelle eine Potentiometers
oder eines ähnlichen Elements
mit mechanisch veränderlicher
Impedanz. Die Impedanz der Impedanzschaltung wird durch an sie geschickte
elektrische Signale gesetzt. Sobald der Impedanzwert gesetzt ist,
wird er in einem programmierbaren, nichtflüchtigen Festwertspeicher gespeichert.
Wenn die Leistungsversorgung wieder hergestellt ist, wird dieser
gespeicherte Impedanzwert wieder eingestellt.
-
1 ist
ein Blockschaltplan der Impedanzschaltung gemäß diesem Dokument. Die Schaltung 1 mit
variabler Impedanz besteht aus einem Impedanznetzwerk 2,
das aus einer Anzahl von Elementen mit fester Impedanz und aus Schaltern,
die nicht gezeigt sind, besteht. Die Schalter werden verwendet,
um verschiedene Kombinationen von Impedanzelementen zwischen zwei
Anschlüssen 3 und 4 zu
verbinden. Die besondere Kombination ist durch einen Wert bestimmt,
der in einer Steuerschaltung gespeichert ist, die ein Zähler 5 ist.
Der in dem Zähler
gespeicherte Zählstand
kann durch Signale auf zwei Leitungen 6 und 7 geändert werden.
Das Aufwärts/Abwärts-Signal
(U/D-Signal (Up/Down-Signal) auf der Leitung 6 bestimmt,
ob der Zähler 5 um
einen vorgegebenen Betrag in Reaktion auf ein Inkrementierungssignal (INC-Signal
(Increment Signal) auf der Leitung 7 inkrementiert oder
dekrementiert wird.
-
Eine
dritte Signalleitung 8, die als Chipauswahlleitung (CS-Leitung
(Chip-Select-Leitung)) 8 bezeichnet
wird, wird als ein Aktivierungssignal für den Zähler 5 verwendet.
Wenn die Chipauswahlleitung 8 tief ist, antwortet der Zähler 5 auf Signale
auf den Leitungen 6 und 7. Dies ermöglicht der
Schaltung, die Schaltung 1 mit variabler Impedanz zu steuern,
um den im Zähler 5 gespeicherten
Wert zu ändern.
Diese Steuerschaltung veranlasst die Chipauswahlleitung 8,
auf Tiefpegel zu gehen. Sie koppelt dann die geeigneten Signale
auf den Leitungen 6 und 7 mit dem Zähler 5,
um zu veranlassen, dass der im Zähler 5 gespeicherte
Wert zu dem neuen gewünschten
Wert geändert
wird.
-
2 ist
eine Matrix der Auswahlbetriebsart der Schaltung mit variabler Impedanz.
Wenn die CS-Leitung tief ist, kann der im Zähler gespeicherte Wert geändert werden.
Bei der Abstiegsflanke der INC Leitung wird der Zähler inkrementiert,
falls die U/D-Leitung hoch ist, während er dekrementiert wird, falls
die U/D-Leitung tief ist.
-
Eine
solche Schaltung mit variabler Impedanz besitzt einige Nachteile.
Zunächst
werden zwei Leitungen INC und U/D verwendet, um lediglich zwei Steuersignale
für den
Zähler,
ein Inkrementierungs- und ein Dekrementierungssignal, zuzulassen.
Ferner sind über
diese zwei Leitungen INC und U/D keine Start- und Endsignale verfügbar. Aus
diesem Grund ist sie mit einer dritten Leitung CS versehen, die durch
ihren Pegel bestimmt, ob der im Zähler gespeicherte Wert veränderbar
ist oder nicht. Um eine solche Lösung
zu implementieren, ist es notwendig, an der Schaltung einen zusätzlichen
Anschluss vorzusehen.
-
Im
Stand der Technik offenbart das Dokument WO 01/76069 ein Verfahren
zum elektronischen Einstellen von elektrischen Kondensatoren, die
variabel gesetzt oder auf einen gewünschten Kapazitätswert abgestimmt
werden können.
-
3 ist
ein Blockschaltplan, der den elektronischen Abstimmkondensator 10 veranschaulicht, der
als eine digital programmierbare Kapazität 11 implementiert
ist. Der elektronische Abstimmkondensator 10 besitzt einen
ersten Leistungsanschluss 12 (Vdd) und einen zweiten Leistungsanschluss 13 (Vss);
einen ersten Kondensatoranschluss 14 (C1) und einen zweiten
Kondensatoranschluss 15 (C2); einen Programmanschluss 16 (PROGRAM);
und einen Freigabeanschluss 17 (ENABLE). Der erste Leistungsanschluss 12 und
der zweite Leistungsanschluss 13 können eine geeignete elektrische
Leistung empfangen, um den elektronischen Abstimmkondensator 10 zu
betreiben. Außerdem
verbinden der erste Kondensatoranschluss 14 und der zweite Kondensatoranschluss 15 den
elektronischen Abstimmkondensator 10 mit einer (nicht gezeigten)
allgemeinen Schaltung, die eine kapazitive Einstellung erfordert,
etwa ein Verstärker
oder ein Oszillator. Der Programmanschluss 16 und der Freigabeanschluss 17 schalten
hier die Möglich keit,
den elektronischen Abstimmkondensator 10 auf einen gewünschten
spezifischen Kapazitätswert
digital zu programmieren.
-
Das
Programmierungsverfahren, das in Verbindung mit dem elektronischen
Abstimmkondensator 10 verwendet wird, umfasst die folgenden
Hauptschritte. In einem anfänglichen
Schritt wird die Programmierung durch Setzen des Freigabeanschlusses 17 in
einen bestimmten elektrischen Zustand begonnen.
-
In
einem folgenden Schritt wird die Programmierung durch Liefern eines
geeigneten Impulssignals an den Programmanschluss 16 fortgesetzt.
Auf diese Weise erzeugt die Lieferung einer ausgewählten Anzahl
von Impulsen in dem Impulssignal bei freigegebenem Freigabeanschluss 17 eine
gewünschte Gesamtanzahl
von Kapazitätsinkrementen
in dem elektronischen Abstimmkondensator 10.
-
Schließlich setzt
in einem weiteren Schritt die interne Logik des elektronischen Abstimmkondensators 10 einen
Kapazitätswert,
der am ersten Kondensatoranschluss 12 und am zweiten Kondensatoranschluss 13 anliegt.
-
Ein
solcher elektronischer Abstimmkondensator besitzt ebenfalls einige
Nachteile. Nach dem Setzen des Freigabeanschlusses, um den elektronischen
Abstimmkondensator zu aktivieren, ist nur eine Inkrementierungsfunktion
vorgesehen. Wenn nur ein Steuersignal verfügbar ist, besteht keine Freiheit
für die
Modifizierung des Wertes des Kondensators oder für die Überwachung dieses Wertes. Falls ferner
eine Dekrementierungsoperation erforderlich ist oder falls der gewünschte Wert
kleiner als der momentane Wert des elektronischen Abstimmkondensators
ist, ist es notwendig, einen Rücksetzanschluss vorzusehen,
um den Kapazitätswert
zurückzusetzen, oder
einen Mechanismus vorzusehen, der den Kapazitätswert auf null zurücksetzt,
wenn der maximale Wert durch aufeinander folgende Inkrementierungssignale
erreicht worden ist. Beide Fälle
sind nicht günstig,
da die erste Alternative einen weiteren Anschluss erfordert und
die zweite zu viel Zeit beansprucht.
-
Im
Stand der Technik ist außerdem
aus dem Dokument mit dem Titel "System
Management Bus (SMBus) Specification, Version 2.0, August 3, 2000, referenced
XP-002309393 (Online)" ein
einfaches Zweidrahtprotokoll gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 bekannt.
-
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die oben erwähnten Nachteile
beider Dokumente des Standes der Technik zu beseitigen und insbe sondere
ein einfaches Zweidraht-Kommunikationsprotokoll für digital
abstimmbare elektronische Vorrichtungen mit mehreren Steuersignalen
zu schaffen.
-
Diese
Aufgaben werden gelöst
durch ein Zweidraht-Kommunikationsprotokolls wie oben definiert
und dadurch gekennzeichnet, dass jedes Bit der Steuersignale in
der gesteuerten Vorrichtung bei aufeinander folgenden Flanken des
Taktsignals, das durch die Steuervorrichtung auf der Taktleitung
zu der gesteuerten Vorrichtung geschickt wird, zwischengespeichert
wird.
-
Es
ist anzumerken, dass ein Bit typischerweise als ein digitales Bit
mit zwei Pegeln definiert ist.
-
Nachdem
wenigstens eines der N – 1
ersten Bits eines Steuersignals in der gesteuerten Vorrichtung zwischengespeichert
worden ist, wird die Datenleitung durch die Steuervorrichtung vorübergehend
in einen Zustand mit hoher Impedanz versetzt, währenddessen durch die gesteuerte
Vorrichtung ein erstes Bestätigungsdatenbit
erzeugt wird, das bestätigt, ob
ein gewünschter
Befehl möglich
ist oder nicht.
-
Vorzugsweise
ist die Anzahl von Bits eines Steuersignals gleich 2, was vier Steuersignale
ermöglicht,
ferner ist die gesteuerte Vorrichtung eine elektronische Vorrichtung
mit einer digital einstellbaren Größe, die einen Zähler umfasst,
der einen Wert der digital einstellbaren Größe speichert, wobei die vier
Steuersignale wenigstens ein Inkrementierungssignal und ein Dekrementierungssignal
für den
Wert umfassen.
-
Andere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich aus der folgenden
Beschreibung bestimmter Ausführungsformen
der Erfindung, die durch nicht beschränkende Beispiele mit Bezug
auf die beigefügten
Zeichnungen gegeben wird, in denen:
-
1,
die bereits beschrieben wurde, ein Blockschaltplan einer Schaltung
mit variabler Impedanz des Standes der Technik ist;
-
2,
die bereits beschrieben worden ist, eine Matrix der verschiedenen
Funktionen der Schaltung von 1 ist;
-
3,
die bereits beschrieben worden ist, ein Blockschaltplan eines elektronischen
Abstimmkondensators des Standes der Technik ist;
-
4 ein
Blockschaltplan einer Schaltung gemäß der Erfindung ist;
-
5 eine
Matrix möglicher
Steuersignale ist;
-
6 ein
Zeitablaufplan ist, der Abläufe
des Zweidraht-Kommunikationsprotokolls repräsentiert.
-
4 zeigt
eine Schaltung 20, die eine Steuervorrichtung, die insbesondere
eine Mikrosteuervorrichtung 21 sein kann, und eine gesteuerte
Vorrichtung, die insbesondere eine elektronische Vorrichtung 22 mit
einem Zähler 27 und
einem Netzwerk mit einstellbarer Größe sein kann, umfasst. Die
Mikrosteuervorrichtung 21 und der Zähler 27 der elektronischen
Vorrichtung 22 sind durch eine Taktleitung (CLK) 23 und
eine Datenleitung (DAT) 24 gekoppelt. Es wird angemerkt,
dass die Datenleitung 24 drei Zustände annehmen kann (tri-stated),
nämlich
einen Eingangszustand, einen Ausgangzustand oder einen Zustand mit
hoher Impedanz, in den sie durch die Steuervorrichtung versetzt
wird.
-
Wenn
die gesteuerte Vorrichtung 22 mit einem externen Treiber
wie etwa der Mikrosteuervorrichtung 21 verbunden ist, können nur
die Signale der Mikrosteuervorrichtung, die stärker als die internen Signale
der elektronischen Vorrichtung 22 sind, auf der Datenleitung
gelesen werden.
-
Wenn
die Datenleitung durch die Steuervorrichtung in einen Zustand mit
hoher Impedanz versetzt wird, können
interne Pull-up- oder Pull-down-Mittel 29, die nicht mehr
mit einem externen Treiber in Konkurrenz stehen, die Datenleitung 24 in
einen geeigneten erforderlichen Zustand versetzen. Diese internen
Pull-up- oder Pull-down-Mittel 29 sind
vorzugsweise durch zwei Stromquellen gebildet, die durch ein Rückkopplungssignal 30 des
Zählers 27 überwacht
werden.
-
Die
elektronische Vorrichtung 22 umfasst einen ersten Ausgangsanschluss 25 und
einen zweiten Ausgangsanschluss 26, an denen die eingestellte Größe des Netzwerks 28 mit
einstellbarer Größe gelesen
werden kann. Die Schaltung 1 wird, wie in 3 beschrieben
wurde, durch herkömmliche
Mittel, die nicht gezeigt sind, versorgt.
-
Die
Mikrosteuervorrichtung 21 kann Steuersignale über die
zwei Leitungen 23 und 24, beispielsweise Inkrementierungs-
und Dekrementierungssignale, schicken, um den Wert des Zählers 27 zu
inkrementieren bzw. zu dekrementieren. Dieser Zählerwert ermöglicht,
das Netzwerk 28 mit einstellbarer Größe auf den gewünschten
Wert zwischen den Ausgangsanschlüssen 25 und 26 einzustellen.
-
Das
Netzwerk 28 mit einstellbarer Größe kann eine digital programmierbare
Kapazität ähnlich jener,
die in 3 gezeigt ist, ein Impedanznetzwerk ähnlich jenem,
das in 1 gezeigt ist, oder irgendeine einstellbare Größe wie etwa
ein Strompegel sein.
-
5 ist
eine Matrix bevorzugter Steuersignale, die durch die Mikrosteuervorrichtung
zu der elektronischen Vorrichtung geschickt werden können. In
die sem Beispiel umfassen die Steuersignale zwei Bits, die vier Steuersignale
ermöglichen.
Es ist jedoch auch möglich,
Steuersignale zu definieren, die mehr als zwei Bits umfassen, um
eine größere Anzahl
verfügbarer
Steuersignale zu haben.
-
Die
beiden wichtigsten Befehle, die erforderlich sind, um die Größe der elektronischen
Vorrichtung einzustellen, sind die Inkrementierungs- und die Dekrementierungsfunktionen.
Diese Befehle werden vorzugsweise mit einem unterschiedlichen ersten Datenbit
gewählt.
Beispielsweise "0" als erstes Datenbit
für die
Dekrementierungsfunktion und "1" als erstes Datenbit
für die
Inkrementierungsfunktion.
-
Somit
ist die Dekrementierungsfunktion als "00" definiert
worden, während
die Inkrementierungsfunktion als "11" definiert
worden ist. Mit diesen vier Steuersignalen gibt es noch immer zwei
verfügbare Funktionen.
Diese können
eine erste Testbetriebsart (T1), die als "01" definiert
ist, und eine zweite Testbetriebsart (T2), die als "10" definiert ist, sein.
-
Die 6A-6D zeigen
Zeitablaufpläne,
die Beispiele von Kommunikationsprotokoll-Abläufen auf den Takt- und Datenleitungen
mit vier Steuersignalen wie oben beschrieben repräsentieren.
-
Der
Zeitablaufplan ist in Perioden unterteilt, die die unterschiedlichen
Schritte in der Protokollkommunikation zwischen der Mikrosteuervorrichtung und
der elektronischen Vorrichtung und genauer dem Zähler darstellen. Die Steuersignale,
die durch die Mikrosteuervorrichtung zu dem Zähler geschickt werden, umfassen
zwei Datenbits auf der Datenleitung.
-
Bevor
die Mikrosteuervorrichtung irgendwelche Steuersignale zu dem Zähler schicken
kann, muss durch den Zähler
ein Startzustand erfasst worden sein. Dieser Startzustand, der in
den 6A-6D in
der Periode T0 repräsentiert
ist, kann beispielsweise eine Kombination aus einem Tief-nach-hoch-
oder Hochnach-tief-Übergang
auf der Datenleitung (DAT) sein, während die Taktleitung (CLK)
stabil in einem hohen oder tiefen Zustand (wie in 6 gezeigt)
ist.
-
Nachdem
der Startzustand aufgetreten ist, wird das erste Datenbit eines
Steuersignals bei der ersten Flanke, die auf der Taktleitung durch
den Zähler
während
der Periode T1 empfangen wird, zwischengespeichert.
-
Nach
dem Empfang des ersten Datenbits während der Periode T1 können der
Zähler
und die zugeordnete Logik das Steuersignal durch Analysieren des
empfangenen ersten Bits vorhersagen und können dann einen Rückkopplungsstatus
bereitstellen. In den 6A und 6C ist das empfangene erste Datenbit "0", so dass der Zähler eine Dekrementierungsanforderung
vorhersagen kann. Umgekehrt ist in den 6B und 6D das empfangene erste Datenbit "1", so dass der Zähler eine Inkrementierungsanforderung
vorhersagen kann. In Übereinstimmung mit
dem vorhergesagten Steuersignal wird dann durch die elektronische
Vorrichtung ein Datenbit erzeugt. Vorzugsweise bestätigt dieses
Datenbit, ob die vorhergesagte Inkrementierungs- oder Dekrementierungsanforderung
möglich
ist oder nicht.
-
Falls
im Zähler
ein maximaler Zählwert
bereits erreicht worden ist und eine weitere Inkrementierungsanforderung
vorhergesagt wird, d. h. dass das erste Datenbit "1" ist, oder falls in dem Zähler ein minimaler
Zählwert
bereits erreicht worden ist und eine weitere Dekrementierungsanforderung
vorhersagt wird, d. h. dass das erste Datenbit "0" ist,
wird das Bestätigungsdatenbit
beispielsweise nach der Taktflanke der Periode T1 auf "1" gesetzt. In allen anderen Fällen werden
die Bestätigungsdaten
auf "0" gesetzt.
-
Um
das Bestätigungsdatenbit
zu lesen, wird die Datenleitung vorübergehend durch die Mikrosteuervorrichtung
nach der Taktflanke der Periode T1 in einen Tristate versetzt. Der
Tristate der Datenleitung bedeutet, dass der entsprechende Anschluss
des Zählers
durch die Steuervorrichtung in einen Zustand mit hoher Impedanz
versetzt wird. Dies ermöglicht
internen Pull-up- oder Pull-down-Mitteln
der elektronischen Vorrichtung, die Datenleitung in den geeigneten
Zustand zu versetzen, der dem Bestätigungsdatenbit während der
Periode T2 entspricht. Daher kann während dieser Periode T2 das
Bestätigungsdatenbit
auf der Datenleitung durch die Mikrosteuervorrichtung gelesen werden.
-
Das
zweite Datenbit eines Steuersignals wird bei der nächsten Flanke,
die durch den Zähler während der
Periode T3 auf der Taktleitung empfangen wird und der während der
Periode T1 empfangenen ersten Flanke folgt, zwischengespeichert.
-
In Übereinstimmung
mit dem angeforderten Befehl, Inkrementierung, Dekrementierung oder Testbetriebsarten,
wird der Zähler
inkrementieren bzw. dekrementieren, falls dies möglich ist, oder den geeigneten
Test, der der angeforderten Testbetriebsart entspricht, ausführen. In 6A ist das empfangene zweite Datenbit "0", so dass der angeforderte Befehl ein
Dekrementierungsbefehl ist. In 6B ist das
empfangene zweite Datenbit "1", so dass der angeforderte
Befehl ein Inkrementierungsbefehl ist. In 6C ist
das empfangene zweite Datenbit "1", so dass der angeforderte
Befehl die erste Testbetriebsart ist. Schließlich ist in
-
6D das empfangene zweite Datenbit "0", so dass der angeforderte Befehl die
zweite Testbetriebsart ist.
-
Nachdem
die Steuersignale nach der Periode T3 empfangen worden sind, wird
während
der Periode T4, die einer Ausführungsperiode
entspricht, der angeforderte Befehl ausgeführt, falls dies möglich ist.
Der Wert des Zählers
wird inkrementiert (6A) bzw. dekrementiert
(6B), falls dies möglich ist. Andernfalls wird
im Fall einer Anforderung einer Testbetriebsart die Datenleitung
in einen Ausgangszustand versetzt, wobei die Taktleitung einen Impuls
empfangen kann, der die Datenleitung torsteuert, was ein Ausgang
des Zählers
ist, um eine gewünschte
Aktion zu erzeugen. Ausgangstestdaten von der gesteuerten Vorrichtung
können
auf der Datenleitung mit einem Ausgangstreiber oder unter Verwendung
der Pullup- oder der Pull-down-Mittel gesetzt werden.
-
Es
wird angemerkt, dass optional ein zusätzliches Datenbestätigungsbit
geschickt werden kann. Dieses zweite Bestätigungsdatenbit kann beispielsweise
bestätigen,
ob das Steuersignal korrekt und vollständig zwischengespeichert worden
ist.
-
Um
auf die gleiche Weise wie für
das erste Bestätigungsdatenbit
das zweite Bestätigungsdatenbit
zu lesen, wird die Datenleitung durch die Mikrosteuervorrichtung
nach der Taktflanke der Periode T3 vorübergehend in einen Zustand
mit hoher Impedanz versetzt. Dies ermöglicht, dass interne Pull-up-
oder Pull-down-Mittel
der elektronischen Vorrichtung die Datenleitung in den geeigneten
Zustand versetzen, der dem zweiten Bestätigungsdatenbit während der Periode
T4 entspricht. Somit kann während
dieser Periode T4 das zweite Bestätigungsdatenbit auf der Datenleitung
durch die Mikrosteuervorrichtung gelesen werden.