DE68923663T2

DE68923663T2 - Optischer Verbindungsbus für serielle logische Karten.

Info

Publication number: DE68923663T2
Application number: DE68923663T
Authority: DE
Inventors: Timothy Roy Block; Gerald Michael Heiling; Charles Joseph Rocca; Ronald Lee Soderstrom
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1988-06-23
Filing date: 1989-05-23
Publication date: 1996-05-02
Anticipated expiration: 2009-05-24
Also published as: JPH0622351B2; EP0348329A3; JPH0241042A; DE68923663D1; EP0348329B1; EP0348329A2; US4850044A

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Datenbus für eine serielle Übertragung, der besonders zur Verwendung beim Einrichten einer drahtlosen Datenübertragungsverbindung zwischen logischen Karten, die in einem Datenverarbeitungssystem verwendet werden, geeignet ist. Der optische Datenbus ist mit Halbleiterlasern für Sender und PIN-Dioden für Empfänger realisiert. Der Bus ist in einer Schleife konfiguriert, um die Fähigkeit zur bidirektionalen Übertragung bereitzustellen.
Die Entwicklung von höchstintegrierten Schaltkreisen (VLSI) hat die Anzahl von Schaltungen auf logischen Karten, die in Datenverarbeitungssystemen verwendet werden, erheblich vergrößert. Je mehr Schaltungen vorhanden sind, desto mehr Signalleitungen zur Karte werden benötigt. Das Problem wurde in den frühen Entwicklungsstufen des sogenannten "Personal Computers" gelöst, indem jede Karte mit einer Busstruktur verbunden wurde. Dieser Bus gestattete den Schaltungen auf einer Karte die Kommunikation mit Schaltungen auf einer anderen Karte. Die verschiedenen Konstruktionskompromisse einschließlich Schaltungskosten und -leistung führten zur Aufnahme einer parallelen Busarchitektur. Obwohl sie eine gute Leistung bereitstellt, benötigt die parallele Anordnung leider eine große Anzahl von Verbindungen. Da es für die Anzahl von Verbindungen, die zu einer einzelnen logischen Karte eingerichtet werden können, eine praktische Grenze gibt, beinhaltet eine Lösung die Verwendung eines Hochgeschwindigkeits- Datenbusses für serielle Übertragung. Dies verringert die Anzahl von erforderlichen Verbindungen, führt jedoch zu höheren Kosten.
Das Problem wird desweiteren durch die Tatsache kompliziert, daß viele Datenverarbeitungssysteme veränderliche Konfigurationen aufweisen. Das heißt, sie können mit einer gegebenen Konfiguration, die bestimmte logische Karten umfaßt, vom Hersteller an den Benutzer weitergegeben werden. Der Kunde kann dann andere logische Karten hinzufügen, um zu ermöglichen, daß das System seine besonderen Ansprüche an die Datenverarbeitung besser erfüllt. Dies bedeutet, daß jede Busstruktur für die Installation von logischen Karten durch eine ungeübte Person ausgelegt sein muß, was die Verwendung von anderenfalls machbaren Lösungswegen ausschließt. Beispielsweise kann die Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung mit optischen Einheiten, die durch Lichtwellenleiterkabel verbunden werden, erreicht werden, diese erfordern jedoch die Verwendung von hochentwickelten Steckern, die von ungeübten Personen nicht zuverlässig installiert werden können. Als Alternative kann ein optischer Datenbus mit Linsen anstelle von Lichtwellenleiterkabeln realisiert werden, diese erfordern jedoch eine präzise Justierung, die von ungeübten Personen kaum ausgeführt werden kann, und sind wesentlich kostspieliger zu realisieren.
Ungeachtet dieser Mängel hat die Entwicklung von kostengünstigen Halbleiterlasern und lichtempfindlichen Hochgeschwindigkeits- Einheiten wie PIN-Dioden die optische Datenübertragung konkurrenzfähig mit festverdrahteten Systemen gemacht. Die große Bandbreite, die mit optischen Übertragungssystemen erreicht werden kann, ihre Immunität gegenüber elektrischen Störungen und das Fehlen von Übersprechen und unzulässigen Emissionen führten zu der weitverbreiteten Akzeptanz solcher Systemen in der Datenverarbeitung und in Datenübertragungsumgebungen.
Die US-Patentschrift 4 063 083 beschreibt ein Datenübertragungssystem zur Übertragung von Daten zwischen gedruckten logischen Schaltkarten in einem Datenverarbeitungssystem. Es sind LED-Sender angeordnet, um die Rezeptoren und Blenden auf eine Weise zu belichten, daß eine Paralleldatenbusverbindung mit allen logischen Karten in einem System bereitgestellt wird. Der Bus ist mit Zusatzmitteln zur herkömmlichen logischen Karte realisiert. Die Zusatzmittel umfassen die erforderlichen LEDs, Linsen, Fotorezeptoren und Blenden. Das System des Patents stellt einen Paralleldatenbus bereit. Obwohl das System im freien Raum arbeitet und daher keine Lichtwellenleiterelemente benötigt, benötigt es Linsen, einen hohen Präzisionsgrad bei der Justierung der logischen Karten und ist nicht für die Verwendung innerhalb der Grenzen einer herkömmlichen logischen Karte geeignet. Im Gegensatz dazu betrifft das System dieser Erfindung einen Datenbus für serielle Übertragung, der ohne die Verwendung von Linsen realisiert ist, und kann innerhalb der Grenzen einer herkömmlichen logischen Karte ohne die Notwendigkeit einer präzisen Justierung realisiert werden.
Die US-Patentschrift 4 161 650 zeigt eine bidirektionale Lichtwellenleiter-Datenübertragungsverbindung. LEDs werden als Sender und Fotodioden als Detektoren verwendet. Die Lichtwellenleiterelemente im Verbindungskabel übertragen ein serielles Datensignal, Takt und Steuersignale. Ein herkömmlicher elektrischer Leiter, der mit den Lichtwellenleiterelementen ausgestattet ist, leitet Strom zur fernen Datenstation. Das System dieser Erfindung unterscheidet sich davon, da der optische Bus im freien Raum ohne Lichtwellenleiterelemente realisiert ist.
Die US-Patentschrift 4 358 858 betrifft ein optisches Datenübertragungssystem, in dem die Sender und Empfänger von allen Stationen physikalisch so angeordnet sind, daß sie Licht zu einem gemeinsamen Spiegel senden und Licht von diesem empfangen. Auf diese Weise können alle Stationen mit allen anderen Stationen ohne die Notwendigkeit von Lichtwellenleiterelementen kommunizieren. Im Gegensatz dazu ist der optische Bus dieser Erfindung in einer Schieife realisiert, wobei jede Station nur mit den Stationen auf einer Seite direkt kommuniziert. Desweiteren benötigt das System dieser Erfindung keine optische Verbindung mit einer größeren Präzision als die, die durch die in einer herkömmlichen Fassung für logische Karten verwendeten üblichen Kartenstecksockel und Rahmen gegeben ist.
Die US-Patentschrift 4 494 185 betrifft eine optische Realisierung einer Paketvermittlung im Rundsendebetrieb, bei der ein Paar von Lichtwellenleitern jede Station mit einem Sternkoppler verbindet, der die bidirektionale Fähigkeit bereitstellt, indem er einen der Lichtwellenleiter mit dem anderen verbindet. In dem hierin beanspruchten System der Erfindung erfolgt die Übertragung im freien Raum ohne die Verwendung von Lichtwellenleiterelementen, und jede Karte kann nur mit der Karte auf beiden Seiten kommunizieren.
Die US-Patentschrift 4 527 285 beschreibt ein Einbauverfahren für Datenstationen, das Raum bereitstellt, der für die Verwendung einer optischen Übertragung zwischen modularen Einheiten der Datenstation bestimmt ist. Das Patent beschreibt nicht das optische Datenübertragungssystem.
Die US-Patentschrift 4 566 134 zeigt ein System zur Verbindung von modularen Datenstationen des in der US-Patentschrift 4 527 285 beschriebenen Typs. Lichtwellenleiterkabel sind mit dem optischen Signal, das im zugeordneten Raum vorhanden ist, gekoppelt. Die gekoppelten Lichtwellenleiterkabel führen ihrerseits zu den fernen Datenstationseinheiten. Die beanspruchte Erfindung erfordert keine Verwendung von Lichtwellenleiterkabeln und ist auf eine Schleifenanordnung, nicht auf das Rundsendesystem der Referenz ausgerichtet.
Die US-Patentschrift 4 499 608 beschreibt eine Datenstation mit einer optischen Kammer, in der jede modulare Einheit der Datenstation direkt mit den anderen Einheiten kommuniziert, indem die Signale von einem Spiegel reflektiert werden. Die beanspruchte Erfindung unterscheidet sich darin, daß jede Einheit nur mit den Einheiten auf beiden Seiten kommuniziert, um anstelle der Rundsendekonfiguration der Referenz eine Schleife bereitzustellen.
Die US-Patentschrift 4 449 206 bezieht sich auf ein tragbares Halbleiter-Speichersystem, in dem Adressen- und Dateninformationen durch eine optische Datenverbindung zwischen dem Speicher und einem Datenverarbeitungssystem übertragen werden. Die beanspruchte Erfindung unterscheidet sich davon durch das Vorhandensein einer logischen Karte, die ohne die Notwendigkeit von Linsen oder Lichtwellenleitern mit den Karten auf beiden Seiten kommunizieren kann.
Die US-Patentschrift 4 393 515 betrifft eine Mehrprozessoranordnung, in der alle Prozessoren mit allen anderen Prozessoren mit Hilfe von optischen Signalen, die über ein konisches Prisma umfassende Einheit gesendet und empfangen werden, kommunizieren. Die beanspruchte Erfindung unterscheidet sich davon, da jede logische Karte nur mit den Karten auf einer Seite kommunizieren kann und keine Prismen oder Linsen benötigt werden.
Die US-Patentschrift 4 499 607 zeigt eine Halbleiterchip-Baugruppe, bei der die Chip-zu-Chip-Signalübertragung mit optischen Übertragern, die sich am Rand der Chips befinden, erreicht wird. Das Patent zeigt keine logischen Karten mit optischen Übertragern an entgegengesetzten Seiten, wie es hierin beansprucht wird.
Die Japanische Patentschrift 58-139285 (A) betrifft eine Karte, die einen integrierten Schaltkreis und ein Lesegerät für die Karte umfaßt, das mit Hilfe optischer Mittel kommuniziert. Das Karten-Lesegerät-System des Patents betrifft nicht das optische Datenbus-Übertragungssystem für logische Karten, wie es hierin beansprucht wird.
Die Japanische Patentschrift 59-126335 (A) beschreibt einen optischen Datenbus zur Verwendung in einem Plattenspieler. Der Datenbus umfaßt ein optisches Übertragungselement mit passend angeordneten Prismen, die dazu dienen, die Strahlung im Übertragungselement zu verteilen, um den Empfang durch eine Mehrzahl von Fotodetektorelementen zu ermöglichen. Das beanspruchte System unterscheidet sich davon durch das Fehlen von solchen Elementen wie Dispersionsprismen.
Die Japanische Patentschrift 59-169237 (A) betrifft ein optisches Übertragungssystem für eine tragbare Datenstation. Das System von diesem Patent umfaßt kein optisches Datenübertragungssystem für die Verbindung von logischen Karten, wie es hierin beansprucht wird.
IBM Technical Disclosure Bulletin, Band 26, Nr. 4, September 1983, Seiten 1793 bis 1796, Balliet und Cowden, zeigt ein optisches Verbindungssystem für elektronische Einheiten, das bei jeder Einheit ein Paar von konischen Prismen verwendet, um optische Strahlen zur Übertragung und zum Empfang zu streuen und zu erfassen. Auf diese Weise kann jede Einheit direkt mit allen anderen Einheiten kommunizieren. Im Gegensatz dazu benötigt das beanspruchte System keine Verwendung von optischen Elementen wie Prismen und stellt nur mit den angrenzenden Einheiten eine direkte Kommunikation bereit.
GB-A-168 214 beschreibt einen optischen Bus, der auf der Verwendung von verschiedenen Paaren von optischen Sender/Empfängern beruht, um eine bidirektionale optische Verbindung zu bilden.
EP-A-0 196 933 beschreibt eine optische Verbindung zwischen in einem System enthaltenen Karten, die auf der Verwendung einer transparenten Platte mit parallelen Seiten beruht. Die Platte wird verwendet, um mehrere Reflexionen zwischen den beiden Seiten bereitzustellen, wodurch die Ausbreitung des Lichts innerhalb der transparenten Platte ermöglicht wird. Es ist daher eine Aufgabe dieser Erfindung, einen optischen Datenbus zur Kommunikation zwischen logischen Karten in einem Datenverarbeitungssystem bereitzustellen.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen optischen Datenbus bereitzustellen, der keine präzise Verbindung, Lichtwellenleiterelemente oder Linsen benötigt.
Es ist noch eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, einen optischen Datenbus für serielle Übertragung zur Schleifenkommunikation zwischen logischen Karten in einem Datenverarbeitungssystem bereitzustellen.
Es ist noch eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, einen optischen Datenbus für serielle Übertragung zur Schleifenkommunikation zwischen angrenzenden logischen Karten in einem Datenverarbeitungssystem bereitzustellen.
Es ist noch eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, einen optischen Datenbus für serielle Übertragung zur Schleifenkommunikation zwischen logischen Karten bereitzustellen, der Sender und Empfänger verwendet, die innerhalb der Grenzen einer herkömmlichen logischen Karte, die in einem herkömmlichen Gehäuse oder Rahmen für logische Karten montiert ist, befestigt werden.
Diese und andere Aufgaben werden durch den optischen Bus erreicht, der in Anspruch 1 definiert ist.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein optischer Datenbus für serielle Übertragung zur Kommunikation zwischen logischen Karten in einem Datenverarbeitungssystem bereitgestellt, das Halbleiterlaser, die entweder im kurzen Wellenlängenbereich (780 nm bis 900 nm) oder im langen Wellenlängenbereich (1280 nm bis 1550 nm) betrieben werden, als Sender und PIN-Dioden als Empfänger verwendet. Jede logische Karte im System umfaßt zwei Sender-Empfänger-Paare, die so angeordnet sind, daß sie mit den Sender-Empfänger-Paaren auf den angrenzenden logischen Karten zusammenarbeiten. Jedes Paar hat die Funktion, Informationen in einer Richtung zu empfangen, abzusenden und zu vermitteln, so daß die beiden Paare in Kombination eine bidirektionale Möglichkeit bereitstellen. Wo eine vollständige Schleife gewünscht wird, können die Paare auf den logischen Karten, die sich am Ende des Rahmens der logischen Karte befinden, mit einer Überbrückungsschaltfunktion elektrisch verbunden oder wahlweise mit einem Spiegel oder einem äquivalenten Bauteil optisch verbunden werden. Es werden keine Linsen oder andere kostspielige optische Bauteile zur Realisierung der Erfindung benötigt. Desweiteren gewährleistet die durch den herkömmlichen Stecksockel und die Führungen für logische Karten gegebene Befestigungspräzision eine ausreichende Justierung, und es wird keine weitere Kollimation benötigt. Die Halbleiterlaser und PIN-Dioden können gemäß herkömmlicher Verfahren auf die logische Karte gelötet werden.
Die vorangegangenen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden genaueren Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, wie sie in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, hervor.
Fig. 1 ist eine isometrische Ansicht von Gehäusen für logische Karten in Datenverarbeitungssystemen, die logische Karten mit einem optischen Übertragungsbus für serielle Übertragung gemäß der Erfindung zeigt, wobei Teile weggelassen wurden.
Fig. 2 ist eine Vorderansicht eines offenen Gehäuses für logische Karten, die die Anordnung der im optischen Übertragungsbus für serielle Übertragung gemäß der Erfindung verwendeten Laser und PIN-Dioden zeigt.
Fig. 3a ist eine Seitenansicht einer logischen Karte, die die Position eines Lasers und einer PIN-Diode zeigt, die im optischen Übertragungsbus für serielle Übertragung gemäß der Erfindung verwendet werden.
Fig. 3b ist eine Seitenansicht der entgegengesetzten Seite der in Fig. 3a gezeigten logischen Karte, die die Position des anderen Lasers und der anderen PIN-Diode zeigt, die im optischen Übertragungsbus für serielle Übertragung gemäß der Erfindung verwendet werden.
Fig. 3c ist eine Seitenansicht einer logischen Karte des in Fig. 1 gezeigten Typs, die die Position eines Lasers und einer PIN- Diode zeigt, die im optischen Übertragungsbus für serielle Übertragung gemäß der Erfindung verwendet werden.
Fig. 3d ist eine Seitenansicht der entgegengesetzten Seite der in Fig. 3c gezeigten logischen Karte, die die Position eines Lasers und einer PIN-Diode zeigt, die im optischen Übertragungsbus für serielle Übertragung gemäß der Erfindung verwendet werden.
Fig. 4 ist eine schematische Zeichnung der Schaltungsanordnung der logischen Karte, die mit den Lasern und PIN-Dioden verbunden ist.
Mit Bezugnahme auf Fig. 1 wird der optische Verbindungsbus für serielle Übertragung dieser Erfindung gezeigt, wie er innerhalb des Gehäuses 1 für logische Karten, das die darin angeordneten Befestigungsrahmen 2 und 3 für logische Karten aufweist, realisiert ist. Ein zweites Gehäuse 5 für logische Karten weist einen darin angeordneten Befestigungsrahmen 6 für logische Karten auf. Die Befestigungsrahmen 2, 3 und 6 für logische Karten sind im allgemeinen vom gleichen Typ. Jeder Befestigungsrahmen weist einen unteren Teil 10 und einen oberen Teil 11 auf, die jeweils Führungen 12 aufweisen, die Einsteckschlitze zur Aufnahme der logischen Karten 15 enthalten. Die Einsteckschlitze sind konfiguriert, um die logischen Karten 15 in nicht gezeigte Stecksokkel zu führen, die an der Rückwand 16 befestigt sind, und halten die Karten, wie gezeigt wird, in einer parallelen Anordnung mit geringen Abständen. Jeder Befestigungsrahmen für logische Karten weist, wie gezeigt wird, Abschlußwände 17 und 18 auf, um eine feste Stütze für die logischen Karten 15 bereitzustellen.
Jede logische Karte 15 enthält einen Fotodetektor 20, wie eine PIN-Diode, und einen 780-nm-Halbleiterlaser 21 auf einer ersten Seite und eine zweite PIN-Diode und einen Laser, die in Fig. 1 nicht gezeigt werden, auf der entgegengesetzten Seite. Die Anordnung von PIN-Dioden und Lasern ist in Fig. 2 besser dargestellt. Jede logische Karte 15 weist PIN-Dioden-Fotodetektoren 20a bis 20f und Halbleiterlaser 21a bis 21f auf, die auf einer ersten Seite darauf befestigt sind. Jede logische Karte 15 weist einen komplementären Satz von PIN-Dioden-Fotodetektoren 22a bis 22f und Halbleiterlasern 23a bis 23f auf, die auf einer zweiten Seite darauf befestigt sind. Die Laser und PIN-Dioden sind an denselben geometrischen Koordinaten von jeder der logischen Karten 15a bis 15f befestigt, so daß die durch die Halbleiterlaser ausgesendete Strahlung auf die PIN-Dioden der angrenzenden Karten fällt. Die von dem auf der logischen Karte 15b befestigten Halbleiterlaser 23b ausgesendete Strahlung fällt beispielsweise auf die PIN-Diode 20a, die auf der angrenzenden logischen Karte 15a montiert ist. Auf ähnliche Weise fällt die von dem ebenfalls auf der logischen Karte 15b befestigten Halbleiterlaser 21b ausgesendete Strahlung auf die PIN-Diode 22c, die auf der angrenzenden logischen Karte 15c befestigt ist.
Die Halbleiterlaser senden Strahlung aus, die in einem divergierenden Strahl sichtbar wird, und der Abstand zwischen den logischen Karten 15a bis 15f ist verhältnismäßig klein, wodurch keine Linsen oder andere optische Geräte, wie Glasfasern, benötigt werden, um die Strahlung von einer Karte zur anderen zu übertragen. Es ist von Vorteil, daß preiswerte Nicht-Präzisionslinsen verwendet werden können, wo es wünschenswert ist, den Strahl über lange Strecken zu projizieren; beispielsweise durch das Innere eines Rahmens für logische Karten. Der divergierende Strahl eliminiert außerdem die Notwendigkeit einer Kollimation oder Justierung der Position der logischen Karten, da die Führungen 12 für die logischen Karten die erforderliche Genauigkeit bereitstellen. Falls es gewünscht wird, kann ein herkömmliches Lichtwellenleiternetz 19 mit dem optischen Datenbus verbunden werden.
Mit Bezugnahme auf Fig. 2 werden der Laser 23a und die PIN-Diode 22a, die auf der zweiten Seite der logischen Karte 15a befestigt sind, mittels der Spiegel 26 und 27 optisch verbunden. Diese Spiegel sind angeordnet, daß sie die vom Laser 23a ausgesendete Strahlung reflektieren, so daß sie auf die PIN-Diode 22a fällt. Obwohl zum Zwecke der Beschreibung zwei Spiegel gezeigt werden, ist es von Vorteil, daß eine einzige Spiegelkonfiguration oder ein anderes retroreflektierendes Bauelement ausreichend sein kann. Die gezeigte Konfiguration mit dem an der Abschlußwand 18 befestigten einzelnen Spiegel 28 zur Reflexion der vom Laser 21f ausgesendeten Strahlung zur PIN-Diode 20f, die auf der logischen Karte 15f befestigt sind, ist außerdem möglich, wo die Geometrie des Gehäuses, die Divergenz des vom Laser 21f ausgesendeten Strahls und der Öffnungswinkel der PIN-Diode 20f es gestatten.
Die Laser 23a bis 21f, die in Verbindung mit den PIN-Dioden 20a bis 20f betrieben werden, erzeugen einen optischen Datenbus, der Daten in der Richtung von rechts nach links übertragen kann; das heißt, in der Richtung von der logischen Karte 15f zur logischen Karte 15a. Die Laser 21a bis 21f erzeugen einen optischen Datenbus, der Daten in der Richtung von links nach rechts übertragen kann; das heißt, von der logischen Karte 15a zur logischen Karte 15f. Die Funktion der Spiegel ist die Vervollständigung der optischen Schaltung zur Bildung einer Schleifenkonfiguration.
Die Geometrie der Position der Laser und PIN-Dioden wird mit Bezugnahme auf die Fig. 3a bis 3d beschrieben. Die logische Karte 30 der Fig. 3a und 3b ist ähnlich wie diejenige des wohlbekannten "Personal Computers". Diese Karte ist verhältnismäßig schmal und weist ein erste Seite 30a mit elektrischen Kontakten 31 auf, die auf einer steckbaren Leiste 32, die von einer der langen Kanten 33 ausgeht, befestigt sind. Die Laserdiode 40 ist in einem Abstand 41 von einer kurzen Kante 42 und in einem Abstand 43 von der anderen langen Kante 44 angebracht. Die lichtempfindliche PIN-Diode 45 ist ebenfalls in einem Abstand 41 von der kurzen Kante 42 angebracht, befindet sich jedoch in einem Abstand 46 von der langen Kante 44.
Die zweite Seite 30b der logischen Karte 30 wird in Fig. 3b gezeigt. Die von der Seite 33 ausgehende Leiste 32 weist einen zweiten Satz von elektrischen Kontakten 34 auf, der in Verbindung mit den Kontakten 31 dazu dient, die Schaltung auf der Karte auf herkömmliche Weise mit dem Rest des Datenverarbeitungssystems zu verbinden. Es ist von Vorteil, daß eine von beiden oder beide Seiten 30a und 30b der logischen Karte eine Vielzahl von Halbleiterbauelementen 36 und ein Verbindungsmuster von leitenden Kontaktstegen aufweisen.
Die lichtempfindliche PIN-Diode 50 ist auf der Seite 30b der logischen Karte 30 in einem Abstand 41 von der kurzen Kante 42 und in einem Abstand 43 von der langen Kante 44 angebracht. Der Halbleiterlaser 51 ist ebenfalls in einem Abstand 41 von der kurzen Kante 42 und in einem Abstand 46 von der langen Kante 44 angebracht.
Die physische Anordnung der PIN-Dioden und Halbleiterlaser ist so, daß der Laser 40 auf der anderen Seiten der Karte genau gegenüber der PIN-Diode 50 montiert ist, und die PIN-Diode 45 ist auf der anderen Seite der Karte genau gegenüber dem Laser 51 montiert. Der Laser 40 und die PIN-Diode 50 weisen ein erstes optisches Daten-Sender-Empfänger-Paar auf, und die PIN-Diode 45 und der Laser 51 weisen ein zweites optisches Daten-Sender-Empfänger-Paar auf. Da sich diese Paare auf den logischen Karten an derselben Position befinden, sind sie zueinander justiert, wenn die Karten in Stecksockel in einem Kartenstützrahmen, wie dem in Fig. 1 gezeigten, gesteckt werden.
Fig. 3c zeigt eine logische Karte 60 mit einer ersten Seite 60a und einer zweiten Seite 60b. Ein steckbarer Endleistenteil 62 weist eine Mehrzahl von Kontakten 61 auf, die mit dem Muster von Kontaktstegen, nicht gezeigt, verbunden sind, die zu den auf der Karte befestigten Halbleiterbauelementen 66 führen. Die lichtempfindliche PIN-Diode 70 ist in einem Abstand 71 von der kurzen Kante 2 und in einem Abstand 73 von der langen Kante 74 angebracht. Der Halbleiterlaser 75 ist ebenfalls in einem Abstand 71 von der kurzen Kante 72, jedoch in einem Abstand 76 von der langen Kante 74 angebracht.
Fig. 3d zeigt die zweite Seite 60b der logischen Karte 60 mit einem zweiten Satz von elektrischen Kontakten 63, die ebenfalls mit dem nicht gezeigten Muster von Kontaktstegen auf dem Leistenteil 62 verbunden sind. Der Halbleiterlaser 80 ist in einem Abstand 71 von der kurzen Kante 72 und in einem Abstand 73 von der langen Kante 74 angebracht. Die lichtempfindliche PIN-Diode 85 ist ebenfalls in einem Abstand 71 von der kurzen Kante 72 angebracht, befindet sich jedoch in einem Abstand 76 von der langen Kante 74.
Wie bei der in den Fig. 3a und 3b gezeigten Karte ist die physische Anordnung der PIN-Dioden und Halbleiterlaser so, daß die PIN-Diode 70 auf der anderen Seiten der Karte genau gegenüber dem Halbleiterlaser 80 montiert ist, und der Halbleiterlaser 75 ist auf der anderen Seite der Karte genau gegenüber der PIN-Diode 85 montiert. Die PIN-Diode 70 und der Halbleiterlaser 80 weisen ein erstes optisches Daten-Sender-Empfänger-Paar auf, und der Halbleiterlaser 75 und die PIN-Diode 85 weisen ein zweites optisches Daten-Sender-Empfänger-Paar auf.
Die logischen Karten sind mit einem Verpolungsschutz ausgestattet, um sicherzustellen, daß die Laser und PIN-Dioden ordnungsgemäß angebracht sind. Die in den Fig. 3a und 3b gezeigte logische Karte ist durch die Position der Leiste 32 mit einem Verpolungsschutz versehen. Die logische Karte der Fig. 3c und 3d ist durch die kleine Kerbe 79 mit einem Verpolungsschutz versehen, die mit einem komplementären Teil des Kartenstecksockels, in den die Karte gesteckt ist, zusammenpaßt. Es können auch andere Verpolungsschutzverfahren verwendet werden. Falls ein nicht-mechanisches System gewünscht wird, kann die Karte eine sichtbare Markierung oder einen Farbcode enthalten, der anzeigt, welche Seite nach rechts oder nach links angeordnet werden muß.
Die mit dem optischen Datenbus für serielle Übertragung verbundenen Schaltungen werden in dem schematischen Diagramm von Fig. 4 gezeigt. Die Funktion dieser Schaltungen ist, die mit den zu übertragenen Daten modulierte optische Welle zu empfangen, das Signal umzuformen und zu verstärken, um die optische Welle, die von der Karte in derselben Richtung wie die empfangene Welle übertragen wird, auf geeignete Weise zu modulieren und das empfangene Signal von einem seriellen Signal in ein paralleles Signal umzuwandeln. Die Schaltungen würden außerdem eine geeignete Steuerlogik umfassen, um das zum Betrieb der Schleife oder anderer Kommunikationskonfigurationen ausgewählte Übertragungsprotokoll zu realisieren.
Wie in Fig. 4 gezeigt wird, ist die lichtempfindliche PIN-Diode 70, die eine modulierte optische Welle von der nächsten, links angrenzenden Karte empfängt, mit dem Eingang des Verstärkers 100 verbunden, dessen Ausgang mit einem ersten Eingang 110, UND-Gatter 111 und mit dem seriellen Eingang 113 des Parallel-Serien/Serien-Parallel-Umsetzers (SERDES) 114 verbunden ist. Die parallelen Eingänge/Ausgänge 115 des SERDES 114 sind mit den anderen Schaltungen 120 auf der logischen Karte verbunden. Diese Schaltungen können Halbleiterspeichereinheiten, logische Schaltungen, Mikroprozessoren und ähnliche Einheiten beinhalten. Verschiedene der Schaltungen 120 werden verwendet, um Steuersignale für die mit dem optischen Datenbus für serielle Übertragung verbundenen elektronischen Schaltungen zu erzeugen. Falls das an der PIN- Diode 70 empfangene Signal ohne Änderung zur nächsten, rechts angrenzenden logischen Karte übertragen werden muß, erzeugt die Steuerschaltung ein Signal "Rechts vermitteln", das zum zweiten Eingang 112 des UND-Gatters 111 gesendet wird. Dies bewirkt, daß das verstärkte moduliertes Signal zur Wellenformungsschaltung 130 und anschließend zum Verstärker 131, der den Halbleiterlaser 80 ansteuert, geführt wird.
Falls die Schaltungsanordnung 120 Daten erzeugt hat, die auf den optischen Datenbus gebracht und zur angrenzenden logischen Karte auf der rechten Seite übertragen werden müssen, wird das Steuersignal "Rechts senden" von der Schaltungsanordnung erzeugt und zum Eingang 141 des UND-Gatters 140 geführt, die dazu dient, serielle Daten, die die Daten darstellen, die zuvor über die Signalleitungen 115 zum SERDES 114 übertragen wurden, auf die Leitung 142 zu leiten. Vom UND-Gatter 140 laufen die Daten auf dieselbe Weise weiter wie die vermittelten Daten.
Ein komplementärer Satz von Schaltungen führt dieselbe Steuerungsmaßnahme für die PIN-Diode 85 und den Laser 75 durch, die verwendet werden, um Daten von links zu empfangen und nach links zu übertragen.
Die lichtempfindliche PIN-Diode 85 ist mit dem Eingang des Verstärkers 200 verbunden, dessen Ausgang mit dem seriellen Eingang 213 des SERDES 214 verbunden ist. Die parallelen Eingänge/Ausgänge 215 des SERDES 214 sind mit den anderen Schaltungen 120 auf der logischen Karte verbunden.
Wenn das an der PIN-Diode 85 von der nächsten, rechts angrenzenden Karte empfangene Signal zur nächsten, links angrenzenden logischen Karte übertragen werden muß, erzeugt der Steuerschaltungsteil der Schaltungsanordnung 120 ein Signal "Links vermitteln", das zum zweiten Eingang 212 des UND-Gatters 211 geführt wird. Dies bewirkt, daß das verstärkte modulierte Signal zur Wellenformungsschaltung 230 und anschließend zum Verstärker 231, der den Halbleiterlaser 75 ansteuert, geführt wird.
Falls die Schaltungsanordnung 120 Daten erzeugt hat, die auf den optischen Datenbus gebracht und zur angrenzenden logischen Karte auf der linken Seite übertragen werden müssen, wird das Steuersignal "Links senden" von der Schaltung erzeugt und zum Eingang 241 des UND-Gatters 240 geführt, die dazu dient, serielle Daten, die die Daten darstellen, die zuvor über die parallelen Signalleitungen 215 zum SERDES 214 übertragen wurden, auf die Leitung 242 zu leiten. Vom UND-Gatter 240 laufen die Daten auf dieselbe Weise weiter wie die vermittelten Daten.
Obwohl damit zu rechnen ist, daß die übliche Installation Spiegel umfaßt, die an den Enden des Kartenrahmens montiert sind, um die Schleife durch die Reflexion des Strahls zurück auf die PIN- Diode zu schließen, ist es außerdem möglich, ein Lichtwellenleiterelement so auf der letzten Karte anzubringen, daß das durch den Laser ausgesendete Licht zum Bereich der PIN-Diode geleitet wird. Dies wird schematisch in Fig. 4 gezeigt, wobei das Lichtwellenleiterelement 300 vom Laser 80 zur PIN-Diode 85 reicht. Das Lichtwellenleiterelement 300 würde befestigt werden, bevor die logische Karte in den Kartenrahmen gesteckt wird.
Es ist außerdem möglich, die Schleife elektrisch zu schließen, indem das Ausgangssignal, das zur Ansteuerung des Lasers 80 verwendet wird, mit dem Eingang des Verstärkers 200 verbunden wird. Wie in Fig. 4 gezeigt wird, ist das zur Ansteuerung des Lasers 80 verwendete Signal über die Leitung 310 mit dem Eingang 315 des UND-Gatters 320 verbunden. Wird der andere Eingang 325 durch ein von der Steuerschaltung erzeugtes Signal "Rechts verbinden" angesteuert, wird das Ausgangssignal auf der Leitung 330 zum Eingang des Verstärkers 200 geleitet. Dies vervollständigt die Verbindung zwischen den nach links führenden und den nach rechts führenden Bussen.
Falls die logische Karte in der am weitesten links gelegenen Position angebracht wird, wird das zur Ansteuerung des Lasers 75 verwendete Signal über die Leitung 410 mit dem Eingang 415 des UND-Gatters 420 verbunden. Der andere Eingang 425 wird durch ein von der Steuerschaltung erzeugtes Signal "Links verbinden" angesteuert, und das Ausgangssignal wird über die Leitung 430 zum Eingang des Verstärkers 100 geleitet, wodurch die Verbindung zwischen dem Laser 75 und der PIN-Diode 70 effektiv vervollständigt wird.
Die Signale "Rechts verbinden" und "Links verbinden" können auf verschiedene Arten erzeugt werden. Wird das Datenverarbeitungssystem eingeschaltet, kann die Initialisierungs- und Testroutine beispielsweise jeden der Karteneinsteckschlitze im Befestigungsrahmen der logischen Karten abfragen und bestimmen, welches die am weitesten links gelegene Karte und welches die am weitesten rechts gelegene Karte ist. Signale können durch das Initialisierungsprogramm erzeugt werden und zu den am weitesten links und am weitesten rechts gelegenen Karten übertragen werden, um die Signale "Links verbinden" und "Rechts verbinden" zu erzeugen. Das Signal könnte entweder elektrisch oder durch den optischen Datenbus zur Karte gesendet werden.

Claims

1. Optischer Datenbus zur Verbindung von einer Mehrzahl von seriellen Karten (15), die in einem Datenverarbeitungssystem in einem stützenden Rahmen (2) parallel angeordnet sind, wobei der Bus ein erstes und ein zweites Paar von optischen Sender-Empfängern (20, 21) (22, 23) aufweist, die angeordnet sind, um eine bidirektionale optische Verbindung zwischen den Karten im Rahmen herzustellen,

wobei der Bus dadurch gekennzeichnet ist, daß jedes der Sender-Empfänger-Paare einen Halbleiterlaser (21, 23) und eine PIN-Diode (20, 22) aufweist, die auf eine der Karten gelötet sind;

und daß jede der Karten ein Führungsmittel (79) aufweist, das sicherstellt, daß die Karte innerhalb des Systems ordnungsgemäß angeordnet ist, so daß jedes der Sender-Empfänger-Paare mit seinem entsprechenden angrenzenden Paar koagieren kann.

2. Optischer Datenbus für serielle Übertragung nach Anspruch 1, der dadurch gekennzeichnet ist, daß jeder der Halbleiterlaser im Wellenlängenbereich von 780 nm bis 900 nm betrieben wird.

3. Optischer Datenbus für serielle Übertragung nach Anspruch 1, der dadurch gekennzeichnet ist, daß jeder der Halbleiterlaser im Wellenlängenbereich von 1280 nm bis 1550 nm betrieben wird.

4. Optischer Datenbus für serielle Übertragung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei jede der Karten eine verhältnismäßig schmale Karte ist, die eine erste Seite (30a) mit elektrischen Kontakten (31) aufweist, die auf einer steckbaren Leiste (32), die von einer der langen Kanten (33) ausgeht, angeordnet sind, und daß das Führungsmittel aus der Leiste besteht.

5. Optischer Bus nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Führungsmittel auf jeder Karte eine Kerbe (79) aufweist, die mit einem komplementären Teil des Kartenstecksockels, in den die Karte gesteckt ist, koagieren.

6. Optischer Bus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ersten und zweiten Paare der logischen Karten an den Enden eines Rahmens elektrisch verbunden sind, um eine Schleife zu bilden.

7. Optischer Bus nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die ersten und zweiten Paare der logischen Karten an den Enden des Rahmens optisch verbunden sind, um eine Schleife zu bilden.

8. Optischer Bus nach Anspruch 7, wobei die optische Verbindung mit Hilfe von auf dem Rahmen befindlichen Spiegelmitteln (26, 27) durchgeführt wird.

9. Optischer Bus nach Anspruch 7, wobei die optische Verbindung mittels eines Lichtwellenleitermittels (300) durchgeführt wird.