-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Datenverarbeitungsschaltung, wobei
eine Datenquelle einem Datenempfänger
in der Strommodesignalisierung Daten zuführt.
-
US-A-6.160.436 beschreibt
eine Treiberschaltung mit einer schaltbaren Verstärkung, wobei diese
Treiberschaltung eine erste Schaltungsanordnung aufweist, die mit
einer Potentialquelle, einem Eingangsknoten, der einen Eingangsstrom
empfängt,
und einem Ausgangsknoten verbunden ist, und in der niedrigen und
in der hohen Übertragungsfrequenzmode
wirksam ist, und eine zweite Schaltungsanordnung aufweist, die mit
der Potentialquelle und einem Knoten der ersten Schaltungsanordnung verbundne
ist und nur in der hohen Übertragungsfrequenzmode
wirksam ist. In der niedrigen Übertragungsfrequenzmode
befindet sich die Potentialquelle auf einem ersten Pegel und die
erste Schaltungsanordnung empfängt
den Eingangsstrom und liefert einen ersten Ausgangsstrom mit einer
ersten Stromverstärkung
zu dem Ausgangsknoten. In der hohen Übertragungsfrequenzmode befindet
sich die Potentialquelle auf einem zweiten niedrigeren Pegel und die
erste und die zweite Schaltungsanordnung empfangen den Eingangsstrom
und liefern einen zweiten Ausgangsstrom, weniger als der erste Ausgangsstrom,
mit einer zweiten Stromverstärkung,
niedriger als die erste Stromverstärkung, zu dem Ausgangsknoten.
-
US-A-6.255.852 beschreibt
die Anwendung von Strommodesignalisierung zum Übertragen von Daten in einer
integrierten Schaltung. Während
der Strommodesignalisierung betreibt eine Senderschaltung einen
Kommunikationsleiter, und zwar abhängig von übertragenen Daten. Eine Empfängerschaltung liefert
Strom zu dem Kommunikationsleiter um das Potential des Kommunikationsleiters
trotz der Betreibung nahezu konstant zu halten, wenigstens an dem Eingang
der Empfängerschaltung.
Die Empfängerschaltung
misst den Strom, der erforderlich ist dies zu tun und der gemessene
Stromwert wird zum Rekonstruieren der übertragenen Daten verwendet.
Auf diese Weise gibt es in der Strommodesignalisierung kein Bedürfnis danach,
einen minimalen Potentialhub an dem Kommunikationsleiter zu gewährleisten,
weil das Signal aus dem Strom detektiert wird, statt unmittelbar
von dem Potential.
-
Um
die Vorteile verstehen zu können,
sollte die Strommodesignalisierung der herkömmlichen Spannungsmodesignalisierung
gegenüber
gestellt werden, wobei die Empfängerschaltung
das Potential an dem Kommunikationsleiter mit einer hohen Impedanzschaltung
misst, die Entgegenwirkung der Spannungsänderungen an dem Kommunikationsleiter
minimiert. Während
der Spannungsmodesignalisierung soll die Senderschaltung die Kapazität laden, die
inhärent
ist an dem Kommunikationsleiter. Dies verlangsamt die Kommunikation,
zunehmend, je nachdem der Kommunikationsleiter langer ist. Auf diese
Weise wird insbesondere in großen
integrierten Schaltungen, wenn untereinander in einem Abstand voneinander
liegende Teile der integrierten Schaltung miteinander kommunizieren,
Spannungsmodesignalisierung langsamer.
-
Während der
Strommodesignalisierung gibt es im Wesentlichen kein Bedürfnis danach,
die Kapazität
des Kommunikationsleiters zu laden, da sein Potential konstant bleibt.
Weil der Strom sich ändert, kann
es ein Bedürfnis
geben, die Reaktion außer Kraft
zu setzen wegen der inhärenten
Induktivität
des Kommunikationsleiters, aber in einer integrierten Schaltung
ist der Effekt der Induktivität
viel kleiner als der Effekt der Kapazität. Dadurch kann Strommodesignalisierung
mit einer viel höheren
Datenrate erfolgen als Spannungsmodesignalisierung, insbesondere,
wenn lange Kommunikationsleiter verwendet werden.
-
Strommodesignalisierung
erfordert spezielle verschiedene Empfängerschaltungen, dies im Vergleich
zu Spannungsmodesignalisierung.
US-A-6.255.852 benutzt
im Wesentlichen eine Gate-Schaltung zum Liefern und Messen des Stromes.
In einer Gate-Schaltung ist der Kommunikationsleiter mit der Source-Elektrode
eines MOS-Transistors gekoppelt, dessen Gate mit einer internen Spannung
gekoppelt ist. Der Strom von der Drain-Elektrode des MOS-Transistors
wird gemessen. Eine derartige Schaltungsanordnung präsentiert dem
Kommunikationsleiter eine niedrige Eingangsimpedanz, die Änderungen
in dem Potential des Kommunikationsleiters entgegenwirkt.
-
Ein
wichtiger Nachteil der Strommodesignalisierung ist der Energieverbrauch.
Der Empfänger und
der Sender liefern demselben Kommunikationsleiter einander entgegenwirkende
Ströme.
Weiterhin könnte
es einen hohen statischen Stromabfluss gegen, auch zwischen Vdd
und Erde, und zwar bereits am empfangenden Ende selber. Für eine angemessene
Geschwindigkeit sollen diese Ströme
relativ stark sein.
-
Wenn
die Empfängerschaltung
dem Kommunikationsleiter ständig
Strom liefern soll, führt Strommodesignalisierung
zu einem höheren
Energieverbrauch als Spannungsmodesignalisierung. Obschon dieser
Strom dadurch reduziert werden könnte,
das der Strom abgeschaltet wird, wenn Information übertragen
worden ist, würde
ein derartiges Schalten erfordern, dass genaue Zeitsignale erzeugt werden.
-
Es
ist nun u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Energieverbrauch
bei Strommodesignalisierung zu reduzieren. Die vorliegende Erfindung
ist durch Anspruch 1 definiert. Die Unteransprüche definieren vorteilhafte
Ausführungsformen.
-
Die
elektronische Datenverarbeitungsschaltung nach der vorliegenden
Erfindung ist in Anspruch 1 beschrieben. Durch Verwendung von Impulsen zum
Signalisieren von Übergängen in
den logischen Daten von einer Datenquelle bei Strommodesignalisierung
und durch Anordnung der Strommodeempfangerschaltung derart, dass
der niedrigste Strom beim Fehlen eines Impulses verbraucht wird,
wird die zur Kommunikation erforderliche Energieverbrauch reduziert,
während
die Geschwindigkeitsvorteile der Strommodesignalisierung beibehalten
werden. Jeder Impuls soll eine bestimmte minimale Dauer haben, so dass
er für
die Empfängerschaltung
detektierbar ist, aber andererseits ist er möglichst kurz. Insbesondere braucht
er nicht für
die minimale Dauer erweitert zu werden, dass das logische Signal
der Datenquellenschaltung auf einem bestimmten Pegel bleiben kann (meistens
einem Taktzyklus). Vorzugsweise sind die Impulse wesentlich kürzer als
der Taktzyklus, und zwar zum Minimieren des Energieverbrauchs.
-
Vorzugsweise
ist die Schaltungsanordnung derart konstruiert, dass die Empfängerschaltung
im Wesentlichen keinen Strom zu liefern braucht um das Potential
an dem Eingang konstant zu halten beim Fehlen eines Impulses. Vorzugsweise
befindet sich das Potential auf oder unter der Schwelle, bei der Strom
zu fließen
anfängt.
Auf diese Weise wird Energieverbrauch minimiert, weil die Empfängerschaltung Strom
liefern soll um nur während
der Impulse das Potential an dem Eingang im Wesentlichen konstant zu
halten.
-
In
einer Ausführungsform
umfasst die Empfängerschaltung
eine Stromspiegelschaltung, deren Eingang mit dem Kommunikationsleiter
gekoppelt ist, und eine kapazitive Spannungsmessschaltung, die mit
dem Ausgang des Stromspiegels gekoppelt ist. Dies reduziert den
Energieverbrauch noch weiter. Vorzugsweise umfasst die kapazitive
Spannungsmessschaltung einen Rückstelltransistor
und eine Verzögerungsleitung,
vorgesehen, zum Rückstellen einer
Spannung an dem Ausgang des Stromspiegels mit einer Verzögerung nach
Detektion eines Impulses.
-
In
einer weiteren Ausführungsform
umfasst der Sender eine Spannungsbegrenzungsschaltung, die das Potential
an dem Kommunikationsleiter begrenzt, wenigstens an der Seite des
Senders, beim Fehlen eines Impulses im Wesentlichen auf einen Schwellenpegel
der Stromspiegelschaltung. Auf diese Weise wird Verlust von Kommunikationsgeschwindigkeit
der Schaltungsanordnung durch eine Notwendigkeit, das Potential
des Kommunikationsleiters über
die Schwelle des Stromspiegels während
eines Impulses zu ziehen, vermieden.
-
Bei
einer weiteren Ausführungsform
umfasst die Empfängerschaltung
einen Erneuerungstransistor mit einem Hauptstromkanal parallel zu
dem Eingang des Stromspiegels und mit einer Steuerschaltung um den
Hauptstromkanal des Erneuerungstransistors leitend zu machen, wenn
die Empfängerschaltung
einmal einen Impuls detektiert hat. Der Erneuerungstransistor ermöglicht es,
einen kleinen Eingangstransistor in dem Stromspiegel zu verwenden und
dennoch zu gewährleisten,
dass der Effekt eines Impulses schnell von dem Kommunikationsleiter
entfernt wird, wenigstens an der Seite der Empfängerschaltung. Dadurch, dass
es ermöglicht
wird, mit einem kleinen Eingangstransistor zu arbeiten, wird der Ruhestromverbrauch
der Empfängerschaltung
reduziert.
-
Eine
kombinierte Datenquelle und eine Empfängerschaltung kann mit einem
Empfänger
sowie einem Sender ausgebildet sein, die mit demselben Kommunikationsleiter
gekoppelt sind. Der Empfänger
einer derartigen kombinierten Schaltungsanordnung kann in dem Zeitintervall
verwendet werden, in dem der Sender nicht den Kommunikationsleiter
betreibt. In der Ausführungsform
mit einem Stromspiegel in dem Empfänger wird der Stromspiegeleingang vorzugsweise
in Reihe mit den Hauptstromkanälen eines
Push-Transistors
und eines Pull-Transistors der Treiberschaltung vorgesehen, wobei
ein Knotenpunkt zwischen diesen Transistoren mit dem Kommunikationsleiter
gekoppelt ist. Auf diese Weise dient der Stromspiegel der doppelten
Funktion von Eingang während
des Empfangs und von Spannungsbegrenzungsschaltung während der Übertragung.
-
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und
werden im Folgenden näher
beschrieben. Es zeigen:
-
1 eine
elektronische Datenverarbeitungsanordnung,
-
2 eine
Ausführungsform
eines Teils einer elektronischen Datenverarbeitungsanordnung,
-
3 eine
weitere Empfangsschaltung,
-
4 eine
Ausführungsform
einer Signalerzeugungsschaltung,
-
5 eine
Kombination eines Senders und eines Empfängers.
-
1 zeigt
eine Datenverarbeitungsanordnung mit einer Datenquellenschaltung 10,
einem Kommunikationsleiter 12 und einer Datenempfangsschaltung 14.
Die Schaltungsanordnung hat eine erste und eine zweite Speiseleitung 16, 18.
Die Datenquellenschaltung 10 enthält eine logische Schaltung 100,
einen Übergangsimpulsgenerator 102 und
eine Treiberschaltung 104 in Kaskadenschaltung. Ein Ausgang
der Treiberschaltung 104 ist mit dem Kommunikationsleiter 12 gekoppelt.
Die Datenempfangsschaltung 14 enthält eine Energieliefer- und
-messschaltung 140 und eine weitere logische Schaltung 142.
Alle Schaltungsanordnungen sind mit den Speiseleitungen 16, 18 gekoppelt,
aber nur die Verbindungen von den Speiseleitungen 16, 18,
die unmittelbar das Potential der Stromversorgungsleitung beeinflussen,
sind dargestellt, d.h. eine Verbindung von der ersten Speiseleitung 18 zu
der Treiberschaltung 104 und eine Verbindung von der zweiten
Speiseleitung 16 zu der Energieliefer- und -messschaltung 140.
-
Im
Betrieb erzeugt die logischen Schaltung Daten und führt diese
Daten der weiteren logischen Schaltung 142 zu. Kommunikation
von Daten erfordert Übertragung
von der logischen Schaltung 100 über den Kommunikationsleiter 12 unter
Verwendung von Strommodesignalisierung. Die logische Schaltung 100 und
die weitere logische Schaltung sind typischerweise Hilfsschaltungen
innerhalb eines integrierten Schaltungschips, die in verschiedenen
Gebieten des integrierten Schaltungschips implementiert sind, wobei
diese Gebiete weit auseinander liegen. Dadurch erstreckt sich der
Kommunikationsleiter 12 über einen wesentlichen Abstand,
oft einen wesentlichen Bruchteil der Größe der integrierten Schaltung
betragend. Dies liefert ein Problem für die Geschwindigkeit der Kommunikation:
der lange Kommunikationsleiter 12 stellt eine wesentliche
Kapazität dar.
Um wesentliche Spannungsänderungen über die volle
Länge dieses
Leiters zu erreichen ist jeweils eine Ladezeit erforderlich. Das
Bedürfnis
nach einer derartigen Ladezeit wird durch Anwendung von Strommodesignalisierung
eliminiert.
-
Der Übergangsimpulsgenerator 102 empfängt das
logische Signal von der logischen Schaltung 100 und erzeugt
einen Impuls jeweils, wenn der logische Pegel des logischen Signals
sich ändert.
Jeder Impuls hat im Allgemeinen die gleiche Dauer, die typischerweise
viel kürzer
ist als das minimale Zeitintervall zwischen aufeinander folgenden Übergängen in
dem logischen Signal (dieses Zeitintervall ist typischerweise die
Taktperiode der logischen Schaltung 100). Der Übergangsimpulsgenerator 102 führt die Impulse
der Treiberschaltung 104 zu. Die Treiberschaltung 104 treibt
den Kommunikationsleiter 12 in einen ersten Zustand oder
in einen zweiten Zustand, je nachdem, ob die Treiberschaltung 104 einen
Impuls von dem Übergangsimpulsgenerator 102 empfangt.
Wenn sie einen Impuls empfängt,
liefert die Treiberschaltung 104 einen ersten Strom von
der ersten Speiseleitung 18 zu dem Kommunikationsleiter 12.
Wenn es keinen Impuls gibt, liefert die Treiberschaltung 104 keinen
ersten Strom (oder wenigstens einen viel kleineren Strom) von der
ersten Speiseleitung 18 zu dem Kommunikationsleiter 12.
-
Die
Stromlieferungs- und -messschaltung 140 liefert einen zweiten
Strom von der zweiten Speiseleitung 16 zu dem Kommunikationsleiter 12,
wenn dieser den ersten Strom detektiert, der von der ersten Speiseleitung 18 von
der Treiberschaltung 104 geliefert wird, d.h. wenn ein
Impuls in Reaktion auf einen Übergang
in dem logischen Signal erzeugt worden ist. Der zweite Strom wirkt
den Effekt des ersten Stroms auf das Potential des Kommunikationsleiters 12 entgegen,
bis an den Punkt, wo Potentialvariationen an dem Kommunikationsleiter 12 im
Wesentlichen eliminiert werden, wenigstens an der Stelle, wo der
Eingang der Energieliefer- und -messschaltung 140 mit dem
Kommunikationsleiter 12 eine Verbindung bildet. Typischerweise
gleicht der zweite Strom den ersten Strom aus, so dass der erste
Strom nicht zu einer anhaltenden Änderung des Potentials des Kommunikationsleiters 12 führt, wobei
nur der Übergang
sich ändert.
Wenn es an dem Kommunikationsleiter 12 keinen Effekt eines
derartigen Impulses gibt, liefert die Energieliefer- und -messschaltung 140 keinen
zweiten Strom (oder wenigstens einen viel kleineren Strom) von der
zweiten Speiseleitung 16.
-
Die
Energieliefer- und -messschaltung 140 misst den zweiten
Strom, den sie erzeugen soll um den Effekt des ersten Stromes entgegen
zu wirken, und zwar jeweils, wenn ein Impuls erzeugt worden ist.
Jeweils wenn ein Impuls in dem zweiten Strom auftritt, wird ein
Impuls von dem Übergangsimpulsgenerator 102 detektiert.
Von den detektierten Impulsen regeneriert die Energieliefer- und
-messschaltung 140 das logische Signal und führt das
regenerierte Signal der weiteren logischen Schaltung 142 zu.
-
Auf
diese Weise werden einerseits die Vorteile der Strommodesignalisierung
(hohe Geschwindigkeit) verwirklicht und andererseits wird der Energieverbrauch
reduziert, und zwar durch Anwendung von Übergangssignalisierung, so
dass beim fehlen von Übergangen
die Energieliefer- und -messschaltung 140 im Wesentlichen
keinen Strom zieht. Auf jeden Fall wird verwirklicht, dass Energie,
verwendet zur Strommodesignalisierung gespart wird, sobald die Energieliefer-
und -messschaltung 140 weniger Strom zieht beim Fehlen
von Impulsen als wenn Impulse vorhanden sind.
-
2 zeigt
eine Ausführungsform
eines Teils einer elektronischen Datenverarbeitungsanordnung. Dieser
Teil enthält
einen Übergangsimpulsgenerator 102,
eine Treiberschaltung 104, einen Stromspiegel 22,
eine Rückstelltransistor 224 und
eine Abtastschaltung 226. Der Stromspiegel 22,
der Rückstelltransistor 224 und
die Abtastschaltung 226 sind ein Teil einer Ausführungsform
der Energieliefer- und -messschaltung 140. Der Übergangsimpulsgenerator 102 enthält eine
Verzögerungsschaltung 240 und
ein Exklusiv-NOR-Gatter 242. Ein Eingang des Übergangsimpulsgenerators 102 ist
unmittelbar mit einem ersten Eingang des Exklusiv-NOR-Gatters 242 und über eine
Verzögerungsschaltung 240 mit
einem zweiten Eingang des Exklusiv-NOR-Gatters 242 gekoppelt.
-
Die
Treiberschaltung 104 enthält einen begrenzenden Transistor 200 (von
dem PMOS-Typ), einen Pull-up-Transistor 202 (von dem PMOS-Typ)
und einen Pull-down-Transistor 204 (von
dem NMOS-Typ). Zunächst
wird die Speiseleitung 18 über die Hauptstromkanäle des Pull-down-Transistors 204,
des Pull-up-Transistors 202 und den begrenzenden Transistor 200 nacheinander
mit der zweiten Speiseleitung 16 verbunden. Eine Steuerelektrode des
Pull-down-Transistors 204 und des Pull-up-Transistors 202 werden
mit einem Ausgang des Exklusiv-NOR-Gatters 242 gekoppelt.
Eine Steuerelektrode des begrenzenden Transistors 200 ist
mit einem Knotenpunkt zwischen den Hauptstromkanälen des Pull-up-Transistors 202 und
des begrenzenden Transistors 200 gekoppelt. Ein Knotenpunkt
zwischen dem Pull-down-Transistor 204 und dem Pull-up-Transistor 202 ist
mit dem Kommunikationsleiter 12 gekoppelt.
-
Der
Stromspiegel 22 enthält
einen Eingangstransistor 220 (von dem PMOS-Typ) und einen Ausgangstransistor 222.
Der Hauptstromkanal des Eingangstransistors 220 ist zwischen
dem Kommunikationsleiter 12 und der zweiten Speiseleitung 16 gekoppelt.
Die zweite Speiseleitung 16 ist nacheinander über die
Hauptstromkanäle
des Ausgangstransistors 222 und des Rückstelltransistors 224 (von dem
NMOS-Typ) mit der ersten Speiseleitung 18 gekoppelt. Die
Steuerelektroden des Eingangstransistors 220 und des Ausgangstransistors 222 des Stromspiegels 22 sind
mit dem Kommunikationsleiter 12 gekoppelt. Eine Knotenpunkt 228 zwischen
den Hauptstromkanälen
des Ausgangstransistors 222 und des Rückstelltransistors 224 ist
mit der Abtastschaltung 226 gekoppelt, deren Ausgänge mit
der Steuerelektrode des Rückstelltransistors 224 und
der weiteren (nicht dargestellten) logischen Schaltung gekoppelt
sind.
-
Im
Betrieb erzeugt das Exklusiv-NOR-Gatter 242 vorübergehend
eine logisch hohe Spannung, wenn das logische Signal an dem Eingang
des Übergangsimpulsgenerators 102 sich ändert. Die
Dauer dieses logisch hohen Impulses wird durch die von der Verzögerungsschaltung 240 erzeugte
Verzögerung bestimmt.
Beim Fehlen eines Impulses ist die Ausgangsspannung des Exklusiv-NOR-Gatters 242 logisch
niedrig.
-
Beim
Fehlen des Impulses ist der Hauptstromkanal des Pull-down-Transistors 204 nicht
leitend und die Hauptstromkanäle
des begrenzenden Transistors 200 und des Pull-up-Transistors 202 sind leitend.
Auf diese Weise drückt
die Treiberschaltung 104 das Potential des Kommunikationsleiters 12 auf einen
Pegel um einen Spannungsabfall niedriger als der der zweiten Speiseleitung 16.
Der Spannungsabfall entspricht der Gate-Source-Spannung des begrenzenden
Transistors 200. In einem Ruhezustand wird dieser Abfall
auf der Schwellenspannung des begrenzenden Transistors 200 sein
oder unterhalb derselben. In diesem Fall fließt nur wenig oder überhaupt
kein Strom von der Treiberschaltung 104. Dadurch fließt nur wenig
oder überhaupt
kein Strom von dem Stromspiegel 22 und es wird kein Impuls
detektiert.
-
In
dem Fall einer Impulstreiberschaltung 104 macht die Schaltung 104 die
Hauptstromkanäle
des Pull-down-Transistors 204 leitend und sperrt die Treiberschaltung 104 macht
die Hauptstromkanäle
des Pull-up-Transistors 202. Auf diese Weise fließt während des
Impulses Strom von der ersten Speiseleitung 18 zu dem Kommunikationsleiter.
In Reaktion darauf liefert der Eingangstransistor 220 Strom
von der zweiten Speiseleitung 16 zu dem Kommunikationsleiter 12.
Dieser Strom wirkt dem von der Treiberschaltung 104 gelieferten
Strom entgegen. Unter Vernachlässigung
der Übergänge würde dieser Strom
dem von der Treiberschaltung 104 gelieferten Strom von
der ersten Speiseleitung 18 während der Impulse entsprechen,
aber in der Praxis wird es wegen der Länge des Kommunikationsleiters
zwischen diesen zwei Strömen
wenigstens vorübergehend eine
Differenz geben. Wenn der Pull-down-Transistor 204 während eines
Impulses mit der Entladung des Kommunikationsleiters 12 anfängt, wird
ein Ende des Kommunikationsleiters 12 als erstes mit der
Entladung anfangen, das andere Ende an der Seite des Stromspiegels 22 wird
dann später
folgen.
-
Auf
diese Weise reagiert der Eingangstransistor 220 des Stromspiegels 22 durch
Entgegenwirkung des Effektes des Stromes von dem Pull-down-Transistor 204.
Dieser Strom wird von dem Ausgangstransistor 222 des Stromspiegels 22 gespiegelt,
wodurch das Potential des Knotens 228 zwischen den Hauptstromkanälen des
Ausgangstransistors 222 und des Rückstelltransistors 224 ansteigt.
Die Abtastschaltung 226 detektiert den Impuls, wenn dieses
Potential eine Schwelle übersteigt.
In Reaktion darauf ändert
die Abtastschaltung 226 den logischen Signalausgang zu
der weiteren logischen Schaltung 142 und nach einer Verzögerung macht die
Abtastschaltung 226 den Hauptstromkanal des Rückstelltransistors 224 leitend.
Die Verzögerung
ist vorzugsweise wenigstens gleich der Verzögerung der Verzögerungsschaltung 240.
Auf diese Weise wird der Knoten 228 zwischen den Hauptstromkanälen des
Ausgangstransistors 222 und des Rückstelltransistors 224 entladen,
und zwar nachdem der Impuls für
einen nächsten
Impuls vorbereitet wird.
-
Der
Spannungsabfall an dem begrenzenden Transistor 200 dient
zum Reduzieren des Spannungshubs an dem Kommunikationsleiter 12 aufs
Minimum, erforderlich um Strom von dem Eingangstransistor 220 des
Stromspiegels 22 im Wesentlichen zu eliminieren. Auf diese
Weise wird der Energieverbrauch reduziert, wobei im Wesentlichen
die maximale Geschwindigkeit beibehalten wird.
-
Wie
es für
eine Strommodeempfangsschaltung typisch ist, sind die Funktionen
entgegenwirkender Potentialänderungen
an dem Kommunikationsleiter 12 und der Messung des Stromes,
erforderlich dies zu tun, getrennt. Der Strom wird verwendet zum Erzeugen
einer Spannung an dem Ausgang des Stromspiegels 22 und
diese Spannung wird zum Detektieren der Impulse verwendet, während der
Spannungshub an dem Eingang des Stromspiegels 22 auf einem
Minimum gehalten wird, was möglich
ist, weil Detektion dem Spannungshub an dem Eingang, der mit dem
Kommunikationsleiter verbunden ist, keine Anforderungen auferlegt.
-
Es
dürfte
einleuchten, dass die Schaltungsanordnung nach 2 nur
eine vorteilhafte Ausführungsform
zur Verwendung in der Schaltungsanordnung nach 1 ist.
Es können
verschiedene Typen von Stromliefer- und -messschaltungen verwendet werden,
wie eine Schaltungsanordnung, die einen Eingangstransistor in Gate-Konfiguration
verwendet. Dies führt
aber im Allgemeinen zu einem höheren
Energieverbrauch als bei Verwendung eines Stromspiegels 22.
In vielen Schaltungsanordnungen ist weiterhin ein Taktsignal erforderlich
um die Stromliefer- und -messschaltung zurückzustellen, was bei der Schaltungsanordnung
nach 2 nicht der Fall ist. Es können auch verschiedene Typen
von Treiberschaltungen oder ein Übergangsimpulsgenerator
verwendet werden. So kann beispielsweise eine Mehrstufen-Treiberschaltung
verwendet werden um einen starken Antrieb des Kommunikationsleiters
zu schaffen. Die in 2 dargestellten Schaltungsanordnungen
illustrieren nur einfache und effektive Schaltungsanordnungen zu
diesem Zweck. Auf den begrenzenden Transistor 200 könnte verzichtet
werden, aber dies würde
zu einem gewissen Anstieg des Energieverbrauchs und zu einer Abnahme
der Kommunikationsgeschwindigkeit führen.
-
3 zeigt
eine weitere Empfangsschaltung. Nebst den in 2 dargestellten
Elementen enthält
diese Schaltungsanordnung ein Paar kreuzgekoppelter Inverter 30, 32,
eine Verzögerungsschaltung 34,
einen Erneuerungstransistor 36 und eine logische Signalregeneratorschaltung 38.
Weiterhin ist ein Lecktransistor 39 dargestellt. Von einem
ersten Inverter 30 der kreuzgekoppelten Inverter ist ein
Eingang mit dem Knotenpunkt 228 und mit einem Ausgang eines
zweiten Inverters 32 der kreuzgekoppelten Inverter gekoppelt,
der seinerseits einen Ausgang hat, der mit dem Knotenpunkt 228 gekoppelt
ist. Der Ausgang des ersten Inverters 30 ist über die
Verzögerungsschaltung 34 mit
der Steuerelektrode des Rückstelltransistors 224 gekoppelt.
Der Erneuerungstransistor 36 (vom PMOS-Typ) hat einen Hauptstromkanal,
der parallel zu dem Hauptstromkanal des Eingangstransistors 220 zwischen
dem Kommunikationsleiter 12 und einer zweiten Speiseleitung 16 vorgesehen
ist. Der Ausgang des ersten Inverters 30 ist mit der Steuerelektrode
des Erneuerungstransistors 36 gekoppelt. Die Ausgänge des
ersten und zweiten Inverters 30, 34 sind mit der
Signalregeneratorschaltung 38 gekoppelt. Der Lecktransistor 39 (vom
NMOS-Typ) hat einen Hauptstromkanal, der zwischen dem Eingang des
Eingangstransistors 222 und der ersten Speiseleitung 18 vorgesehen
ist. Die Steuerelektrode dieses Transistors ist mit der Drain-Elektrode
gekoppelt.
-
Im
Betrieb verriegeln kreuzgekoppelte Inverter Impulse, die an dem
Knotenpunkt 228 auftreten. Zu diesem Zweck wird die Treiberstärke des
zweiten Inverters 32 derart selektiert, dass diese so schwach ist,
dass sie durch Strom überstimmt
werden kann, die während
Impulse aus dem Kommunikationsleiter 12 gespiegelt wird.
Wenn die kreuzgekoppelten Inverter 30, 32 einen
Impuls sperren, wird der Hauptstromkanal des Erneuerungstransistors 36 leitend, wodurch
dieser dem Eingangstransistor 220 bei der Lieferung von
Strom zum Entgegenwirken des Stromes von der Treiberschaltung 104 behilflich
ist. Auf diese Weise kann ein relativ kleiner Eingangstransistor 220 verwendet
werden, der den Energieverbrauch beim Fehlen von Impulsen reduziert.
-
Auch
mit einer Verzögerung
nachdem die kreuzgekoppelten Invertern 30, 32 einen
Impuls sperren, wird der Hauptstromkanal des Rückstelltransistors 224 leitend
gemacht, um den Knoten 228 zu entladen, wodurch die von
den kreuzgekoppelten Invertern 30, 32 gebildete
Sperre rückgestellt
wird, bereit zum Detektieren des nächsten Impulses. Die Signalregeneratorschaltung 39 ändert den
logischen Pegel des Ausgangs jeweils wenn ein Impuls detektiert
wird.
-
Ein
kleiner Lecktransistor 39 liefert einen Ausgleichsstrom
zu dem Kommunikationsleiter 12, der Leckstrom von dem Eingangstransistor 220 und/oder
dem Erneuerungstransistor 36 beim Fehlen von Impulsen ausgleicht.
Auf diese Weise beeinträchtigt
dieser Leckstrom nicht das Potential des Kommunikationsleiters 12.
Der Ausgleichsstrom stimmt vorzugsweise mit dem Leckstrom durch
den Rückstelltransistor 224 überein,
so dass der Knotenpunkt 228 beim Fehlen von Impulsen nicht
ladet.
-
Es
dürfte
einleuchten, dass alle in 3 dargestellten
Hinzufügungen
zu der Schaltungsanordnung, wie der Erneuerungstransistor, der Lecktransistor
und die Sperre, unabhängig
gemacht werden können,
d.h. jede Hinzufügung
kann ohne die anderen Hinzufügungen
gemacht werden. Obschon auf vorteilhafte Weise keine dieser Hinzufügungen wesentlich
ist: wenn gewährleistet
wird, dass Impulse oft genug übertragen werden,
wenn der Eingangstransistor 220 stark genug ist, oder das
Zeitintervall zwischen Impulsen lang genug ist, ist kein Erneuerungstransistor
erforderlich usw.
-
4 zeigt
eine Ausführungsform
einer Signalregeneratorschaltung 38. Diese enthält eine
Sperre 40, mit weiteren kreuzgekoppelten Invertern 400, 402,
einem ersten und einem zweiten Schalter 42, 44 und
einem Verzögerungspuffer 46.
Die Knotenpunkte 404, 406 in der Sperre 40 sind über eine
Reihenschaltung aus einem ersten Schalter 42, dem Verzögerungspuffer 46 und
dem zweiten Schalter 44 gekoppelt. Der zweite und der erste
Schalter 42, 44 werden von den Ausgangssignalen
des ersten bzw. zweiten Inverters 30, 32 der Detektionsschaltung
gesteuert. Im Betrieb wird der Inhalt der Sperre 40 durch
Zuführung
eines Ausgangssignals der Sperre 40 vorübergehend dem Eingang zugeführt, wenn
ein Impuls am Kontenpunkt 228 detektiert worden ist. Der
zweite Schalter 44 wird während des Impulses leitend
gemacht und der erste Schalter 42 wird gesperrt (der Situation
aus der Figur entgegengesetzt). Auf diese Weise wird der alte Inhalt
der Sperre 40 zu dem Eingang zurückgeliefert. Wenn der Impuls
nicht vorhanden ist, wird der erste Schalter 42 leitend
gemacht und der zweite Schalter 44 wird nicht leitend, wodurch
auf diese Weise nicht ein Eingangssignal geliefert wird (dargestellte
Situation).
-
Es
dürfte
einleuchten, dass die Regenerationsschaltung nach 4 nur
als Beispiel dargestellt ist: es kann jede beliebige schaltende
Schaltungsanordnung verwendet werden. Vorzugsweise enthält die Schaltungsanordnung
eine (nicht dargestellte) Rückstellleitung
zur Synchronisation des Ausgangswertes der Regenerationsschaltung 38 wenigstens während einer
Initialisierungsphase (und vorzugsweise wiederholt) zu dem logischen
Ausgangssignal der logischen Schaltung 100, beispielsweise
durch Rückstellung
des Ausgangswertes auf Null zu einem Zeitpunkt, wo das Ausgangssignal
der logischen Schaltung 100 logisch Null ist.
-
In
einer Ausführungsform
kann der Kommunikationsleiter 12 zur Zweiwegkommunikation
verwendet werden. In diesem Fall werden die Schaltungsanordnungen
an beiden Enden des Kommunikationsleiters mit einer Kombination
einer Treiberschaltung und einer Stromliefer- und -messschaltung versehen.
-
5 zeigt
eine Kombination aus einer Treiberschaltung und einer Stromliefer-
und -messschaltung. Die Schaltungsanordnung enthält einen Stromspiegel 22 und
eine Abtastschaltung 57, die mit dem Knotenpunkt 228 verbunden
ist. Außerdem
enthält die
Schaltungsanordnung eine Übergangsimpulsgeneratorschaltung 56,
eine Steuerleitung 54, einen Pull-up-Transistor 50 (vom
PMOS-Typ) und einen Pull-down-Transistor 52 (vom
NMOS-Typ). Ein Hauptstromkanal des Pull-up-Transistors 50 ist
zwischen dem Kommunikationsleiter 12 und dem Eingang des
Stromspiegels 22 vorgesehen. Ein Hauptstromkanal des Pull-down-Transistors 52 ist
zwischen dem Kommunikationsleiter 12 und der ersten Speiseleitung 18 vorgesehen.
Von der Übergangsimpulsgeneratorschaltung 56 ist
ein Ausgang zur Steuerung der Leitung 54 vorgesehen, die
mit Steuerelektroden des Pull-up-Transistors 50 und des Pull-down-Transistors 52 gekoppelt
ist.
-
Im
Betrieb funktioniert, wenn die Übergangsimpulsgeneratorschaltung 56 keine
Impulse liefert, die Schaltungsanordnung als eine Stromliefer- und -messschaltung,
wie im Kontext der 2 beschrieben. In diesem Fall
leitet der Pull-up-Transistor 50 nur den Strom von dem
Eingang des Stromspiegels 22 und der Pull-down-Transistor 52 ist
nicht leitend. Wenn das der Übergangsimpulsgeneratorschaltung 56 zugeführte logische
Signal Übergänge macht,
erzeugt die Übergangsimpulsgeneratorschaltung 56 Impulse,
die den Pull-up-Transistor 50 sperren und den Pull-down-Transistor 52 leitend
machen. In diesem Fall fließen
gepulste Ströme
zwischen dem Kommunikationsleiter 12 und der ersten Speiseleitung 18 und
die Stromabtast- und -messschaltungsfunktion wird deaktiviert. Zwischen
den Impulsen funktioniert der Eingangstransistor des Stromspiegels 22 als
Begrenzungstransistor.
-
Es
dürfte
einleuchten, dass in der Schaltungsanordnung nach 5 viele
Abwandlungen gemacht werden können.
So können
beispielsweise eine oder mehrere in 3 dargestellte
Hinzufügungen
zu der Schaltungsanordnung nach 5 hinzugefügt werden.
Es kann eine kompliziertere Treiberschaltung verwendet werden, usw.