DE69231491T2

DE69231491T2 - Steuerbarer Busabschluss

Info

Publication number: DE69231491T2
Application number: DE69231491T
Authority: DE
Inventors: Mark Jordan; Robert A. Mammano
Original assignee: Unitrode Corp
Current assignee: Unitrode Corp
Priority date: 1991-09-05
Filing date: 1992-06-05
Publication date: 2001-05-10
Anticipated expiration: 2012-06-06
Also published as: US5272396B1; EP0531630A1; US5338979B1; US5272396B2; US5272396A; JP2711777B2; EP0531630B1; US5521528A; JPH05210436A; US5338979B2; US5338979A; DE69231491D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen steuerbaren Busabschluß gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche. Solche Busabschlüsse sind aus US 4 748 426 bekannt, Fig. 2.
In einem Computersystem kommunizieren der Prozessor, der Speicher und die Ein-/Ausgabe-(E/A)-Einrichtungen untereinander über einen Bus. Ein Bus besteht aus einer Reihe von Leitern, wovon jeder Signale übertragen kann, die entweder Daten, die zwischen den Einrichtungen über diesen Bus zu übertragen sind, oder Steuerinformationen wie etwa Geräteadressen, die bestimmen, wann und wohin die zu übertragenden Daten über den Bus zu übertragen sind, repräsentieren. Die über den Bus übertragenen Signale besitzen gewöhnlich die Form schnell wechselnder bistabiler Spannungspegel. Diese Spannungspegel werden den Leitern durch Bustreiber aufgeprägt, die in jeder Einrichtung, die mit dem Bus kommuniziert, enthalten sind. Für eine optimale Signalleistungsübertragung zwischen den Einrichtungen und eine minimale Signalreflexion muß der Bus in einer Weise abgeschlossen sein, daß die Impedanz des Busses mit der Impedanz der Bustreiber übereinstimmt. Die Busimpedanz sollte nahezu konstant gehalten werden.
Im allgemeinen besitzen Busabschlüsse die Form modularer Bausteine. Der Busabschluß wird physisch auf den Bus gesteckt, um für einen Abschluß zu sorgen, und beispielsweise, wenn der Bus erweitert werden soll, vom Bus gelöst, um den Abschluß zu entfernen. Ein solches Ändern des Busabschlusses erfordert einen physischen Zugriff auf den Bus.
US 4 748 426 offenbart eine aktive Abschlußschaltung zur Verwendung für Computerschnittstellen. Die Abschlußschaltung wird in Verbindung mit einem Kabel verwendet, das mehrere Peripherieeinrichtungen miteinander koppelt. Eine erste und eine zweite Widerstandskombination ist dauerhaft mit diesem Kabel verbunden. Die Widerstände können über Transistoren mit Masse bzw. mit der positiven Spannungsversorgung verbunden sein, wobei diese Transistoren durch eine Steuerung wie z. B. durch einen Stellschalter gesteuert werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Busabschluß zu schaffen, der eine Busleitung mit einer stabilen Spannung abschließen kann und in dem Fall, in dem der Busabschluß von dem Bus getrennt ist, eine geringere interne Spannungsversorgung erfordert.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gerichtet.
Der steuerbare Busabschluß enthält einen Spannungsregler, einen Steuerungsabschnitt und eine Reihe von Busabschlußwiderständen, wovon jeder über einen Transistorschalter angeschlossen ist, um jeden der Widerstände mit der geregelten Spannung zu verbinden. Der Spannungsregelungsabschnitt enthält eine Leistungsabsenkungs-Schaltung, um den Spannungsregelungsabschnitt auszuschalten, wobei dasselbe Steuerungssignal, das die Abschlußwiderstände trennt, verwendet wird.
Der Steuerungsabschnitt verwendet einen einzelnen externen Signalspannungspegel, um für einen reduzierten Leistungsbedarf sowohl das Schalten der Reihe von Busabschluß-Transistorschaltern als auch das An- und Ausschalten des Spannungsregelungsabschnitts zu bewirken. In einer Ausführungsform enthält der Steuerungsabschnitt einen Vergleicher, um den Spannungspegel, bei dem das Schalten stattzufinden hat, zu bestimmen.
Diese und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden besser verständlich bei Durchsicht der begleitenden Beschreibung und der Zeichnung, wobei in der Zeichnung:
Fig. 1 ein Diagramm eines Computersystems ist, das einen Busabschluß des Standes der Technik verwendet,
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung ist,
Fig. 3 ein schematisches Diagramm einer in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform der Erfindung ist und
Fig. 4 ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform des in Fig. 3 gezeigten Schaltabschnitts der Ausführungsform der Erfindung ist.
In Fig. 1 enthält ein Computersystem 10 eine Reihe von Einrichtungen 10, die miteinander und mit einem Prozessor 14 über einen Bus 12 kommunizieren. Jedes Ende des Busses 12 schließt an einem Abschluß 16 ab.
In Fig. 2, einer kurzen Übersicht, kann eine Ausführungsform des steuerbaren Abschlusses 90 der Erfindung grob in einen Steuerungsabschnitt 92, einen Spannungsregelungsabschnitt 94 und einen Schaltabschnitt 96 unterteilt werden. Der Steuerungsabschnitt 92 steuert über eine Reihe von Widerständen 98 die Verbindung des Busses 12 mit dem Spannungsregelungsabschnitt 94 mit Hilfe einer Reihe von Schaltern 100, die zwischen die Widerstände 98 und den Spannungsregelungsabschnitt 94 geschaltet sind. In der gezeigten Ausführungsform enthält der Steuerungsabschnitt 92 einen zur Trennung herangezogenen Vergleicher 102, der an seinem Ausgangsanschluß 104 in Antwort auf ein Trennungssteuerungssignal, das an einen seiner Eingangsanschlüsse 106 angelegt wird, eine Steuerspannung erzeugt. Wenn das Trennungssteuerungssignal auf Hochpegel liegt, öffnet das Ausgangssignal des Vergleichers 102 die Reihe von Schaltern 100 und schaltet den Spannungsregler 106 des Spannungsregelungsabschnitts 94 aus. Wenn das Trennungssteuerungssignal auf Tiefpegel liegt, wird der Spannungsregelungsabschnitt 94 aktiviert und werden die Schalter 100 geschlossen, wodurch der Bus 12 mit dem Spannungsregelungsabschnitt 94 über die Widerstände 98 verbunden wird. In dieser Weise ermöglicht das Trennungssteuerungssignal ein elektrisches Verbinden oder Trennen des steuerbaren Abschlusses 90 mit dem Bus 12 und der Stromversorgung 116, ohne ihn physisch von dem System zu entfernen.
In Fig. 3 enthält der Spannungsregelungsabschnitt 94 einen Spannungsdifferenzverstärker 120, dessen erster Eingangsanschluß 122 mit einer Bandabstandsreferenz 124 verbunden ist. In der gezeigten Ausführungsform wird die Bandabstandsreferenz 124 auf 2,85 V eingestellt jedoch können auch andere Spannungsreferenzen zur Erzeugung anderer Spannungspegel verwendet werden. Ein zweiter Eingangsanschluß 126 des Differenzverstärkers 120 ist mit dem Reglerausgang 127 über den Transistorschalter 130 verbunden. Der Differenzverstärker 120 arbeitet mit einem Transistor 140 und einer schaltbaren Stromquelle 150 zusammen, um die Leitung des Leistungstransistors 142 zu steuern und dadurch die Ausgangsspannung des Reglers in einer Weise zu halten, die im Stand der Technik wohlbekannt ist. Die Stromquelle 150, die den Vorstrom für den Leistungstransistor 142 liefert, ist mit dem Leistungsversorgungsanschluß 116 über einen Transistorschalter 144 verbunden.
Wenn der Transistor 144 durchschaltet, liefert die Stromversorgung 150 an den Leistungstransistor 142 einen Vorstrom, der vom Grad der von dem Differenzverstärker 120 und dem Transistor 140 gelieferten Steuerung abhängt. Wenn umgekehrt der Transistor 144 sperrt, wird der Vorstrom des Transistors 142 unterbrochen, wodurch dieser sperrend wird und bewirkt, daß sowohl die Ausgangsspannung des Reglers auf 0 Volt fällt als auch der interne Leistungsbedarf im wesentlichen auf null zurückgeht. Das An- und Ausschalten des Transistors 144' wird von dem Steuerungsabschnitt 92 des Abschlusses 90 gesteuert und wird weiter unten näher beschrieben.
Der Schaltabschnitt 96 des Abschlusses 90 enthält eine Reihe von Abschlußwiderständen 98, wovon jeder einer Busleitung 172 zugeordnet ist, und eine Reihe von Schalttransistoren 100, wovon jeder einem entsprechenden Widerstand 98 zugeordnet ist. Eine an die Basis jedes Transistors 100 angelegte hohe Steuerspannung bewirkt, daß dieser leitend wird, wodurch seine jeweilige Busleitung 172 über die Widerstände 98 mit dem Spannungsregelungsabschnitt 94 verbunden wird. Umgekehrt schaltet eine niedrige Steuerungsspannung jeden Transistor 100 aus, wodurch jede Busleitung 172 vom Spannungsregler elektrisch getrennt wird, was dazu führt, daß für den Bus 12 jede Busverbindung 172 als hohe Impedanz erscheint.
Der Steuerungsabschnitt 92 enthält einen Spannungsteiler 160, der zwei Widerstände 162, 164 enthält, die zwischen die Stromversorgung 116 und die Masse 112 geschaltet sind. Die Widerstände 162, 164 sind so gewählt, daß sie einen definierten Spannungspegel an einen ersten Eingangsanschluß 170 des Trennungsvergleiches 102 liefern. In der gezeigten Ausführungsform ist die mit dem Anschluß 116 verbundene Leistungsversorgung auf 4,75 V eingestellt, während der Teiler 160 eine Schwelle von 1,4 V am ersten Anschluß 170 des Vergleichers 102 festlegt. Das Trennungssteuerungssignal wird als Spannungspegel an einen zweiten Eingangsanschluß 106 des Vergleichers 102 angelegt, um den Abschluß 90 mit dem Bus 12 zu verbinden oder von diesem zu trennen.
In der gezeigten Ausführungsform geht das Signal am Ausgangsanschluß 104 des Trennungsvergleichers 102 auf Hochpegel, wenn die Spannung des Trennungssignals am zweiten Eingangsanschluß 106 des Trennungsvergleichers 102 1,4 V unterschreitet. Dieses Signal wird durch den Inverter 170 invertiert und an die Basis des Transistors 144 angelegt, wodurch dieser eingeschaltet wird. Dies bewirkt, daß Strom von der Stromquelle 150 an die Basis des Leistungstransistors 142 geführt wird, wodurch dieser eingeschaltet wird und die Regelung des Spannungspegels über die Rückführungsschleife, die aus den Transistoren 140, 142 und dem Differenzverstärker 120 besteht, ermöglicht wird. Gleichzeitig wird das Hochpegelsignal am Ausgangsanschluß 104 des Trennungsvergleichers 102 an die Basis der Transistoren 100 und 130 gelegt, wodurch diese durchgeschaltet werden. Der Zweck des Transistors 130 besteht darin, in der Reglerrückführungsschleife für einen Spannungsoffset zu sorgen, der bewirkt, daß die Spannung durch jeden leitenden Transistor 100 abfällt. Der Offset bewirkt, daß der Regler alle Abschlußwiderstände 98 auf einer Spannung hält, die exakt der Referenzspannung des Reglers entspricht, wobei jeglicher variable Spannungsabfall an den Transistorschaltern 100 durch den Spannungsabfall am Transistor 130 aufgehoben wird.
Wenn umgekehrt die Signalspannung am zweiten Eingang 106 des Trennungsvergleichers 102 den Spannungspegel am ersten Eingang 170 überschreitet, geht das Ausgangssignal am Ausgangsanschluß 104 des Trennungsvergleichers 102 auf Tiefpegel. Dieses Tiefpegelsignal wird durch den Inverter 170 auf Hochpegel invertiert, was dazu führt, daß der Transistor 144 den Spannungsregelungsabschnitt 92 des steuerbaren Abschlusses 90 ausschaltet.
Gleichzeitig schaltet das Tiefpegelausgangssignal des Trennungsvergleichers 102 den Transistor 130 aus, wodurch die Rückführungsschleife von der Stromversorgung 116 zum Vergleicher 102 unterbrochen wird. Dasselbe Signal, das den Spannungsregelungsabschnitt 94 steuert, wird auch an die Basis jedes Transistors 100 angelegt, wodurch bewirkt wird, daß die Transistoren 100 ausgeschaltet werden und jede von den Busleitungen 172 vom Abschluß 90 elektrisch getrennt werden.
Zusätzlich enthält jede Busleitung 172 eine Spannungshaltung, die einen Transistor 178 und eine Stromquelle 174, die über eine Diode 176 mit der Masse 112 verbunden ist, umfaßt. Die Basis des Haltetransistors 178 ist zwischen die Stromquelle 174 und die Diode 176 geschaltet, während der Emitter des Transistors 178 mit der Busleitung 172 verbunden ist. Wenn das Signal auf der Busleitung 172 ein Überschwingen erfährt und dazu neigt, aufgrund der Signalreflexion negativ zu werden, wird der Transistor 178 leitend, wodurch die Spannung auf der Busleitung 172 auf 0 Volt gehalten wird.
Es soll angemerkt werden, daß außerdem Sensoren, die Signale erzeugen, die einen Überstrom 180 und eine Überhitzung 182 anzeigen, in der Schaltung enthalten sind und Eingangssignals an ein NOR-Gatter 190 liefern. Wenn eines dieser Signale auftritt, geht das Ausgangssignal des NOR- Gatters 190 auf Tiefpegel, wodurch der Transistor 142 ausgeschaltet wird, wodurch wiederum die Leistung für den Abschluß 90 gesperrt wird.
Eine Ausführungsform des steuerbaren Abschlusses 90 ist als integrierte Schaltung auf einem Chip aufgebaut, der Dünnfilmwiderstände 98 besitzt. In einer solchen integrierten Schaltung ist es möglich, die Widerstände 98, die ohne Verstärkung der für den Herstellungsprozeß erforderlichen Kontrolle normalerweise eine Herstellungstoleranz von ± 10% bis ± 2,5% aufwiesen, zu trimmen. Dies erfolgt durch den Einsatz einer zusätzlichen Schaltung in dem Schaltabschnitt 96 des steuerbaren Abschlusses 90. Eine Äusführungsform einer solchen Trimmschaltung ist in Fig. 4 gezeigt.
In dieser Ausführungsform wurde im Abschluß 90 jeder Widerstand 98 durch ein Transistor-Widerstand-Netzwerk 98' ersetzt. In Fig. 4 sind aus Gründen der einfacheren Darstellung nur zwei Transistor-Widerstand-Netzwerke 98' gezeigt, obwohl jede Busleitung 172 mit einem solchen verbunden ist. Jedes Netzwerk 98' ist aus drei Widerständen 200, 202, 204 und zwei Transistoren 206, 208 aufgebaut. In der gezeigten Ausführungsform besitzt der erste Widerstand 200 einen Nennwert von 118 Ω, während der zweite und der dritte Widerstand 202, 204 einen Nennwert von 1,15 kΩ bzw. 2,3 kΩ besitzen. Die Transistoren 206, 208 sind so beschaffen, daß, wenn der Schalttransistor 100 durch das Signal vom Ausgangsanschluß 104 des Trennungsvergleichers eingeschaltet wird, die Transistoren 206, 208 ebenfalls durchschalten. Dies führt dazu, daß die Widerstände 202 und 204 mit dem Widerstand 200 parallel geschaltet werden, wodurch sich der von der Busleitung 172 wahrgenommene Widerstand verringert.
Zwischen die Basis jedes Transistors 206, 208 und der Masse 112 ist außerdem eine Zenerdiode 220 geschaltet. Der Widerstand des gesamten Netzwerks 98' wird während der Herstellung festgelegt und kann durch impulsartige Eingabe eines hohen Stroms durch eine oder beide mit der Masse 112 verbundenen Zenerdioden 220 eingestellt werden. Das Verbinden einer Zenerdiode 220 mit der Masse 112 führt dazu, daß die Basis jedes entsprechenden Transistors 206 oder 208 ebenfalls geerdet wird, wodurch dieser ausgeschaltet wird. Das Ausschalten des Transistors 206 trennt den Widerstand 202 vom Netzwerk 98', wodurch sich der Widerstand des Netzwerkes 98' erhöht. Ähnlich trennt das Ausschalten des Transistors 208 den Widerstand 204 vom Netzwerk 98' und erhöht ferner den Widerstand des Netzwerks 98'. Durch selektives Trennen einer oder beider Zenerdioden 220 kann der gesamte Widerstand des Netzwerkes mit enger Toleranz eingestellt werden. Da jeder Dünnfilmwiderstand in einem Netzwerk 98' mit seinem entsprechenden Widerstand in einem anderen Netzwerk 98' auf derselben integrierten Schaltung gut abgeglichen ist, muß nur eine Messung in bezug auf ein Netzwerk 98' durchgeführt werden, um den Gesamtwiderstand aller Netzwerke 98' in dem Abschluß 90 zu bestimmen.
Da alle Netzwerkwiderstände 200, 202, 204 auf einem Chip untereinander abgeglichen sind, trimmt das Trimmen eines. Widerstandsnetzwerks auf einen bestimmten Widerstand alle Widerstandsnetzwerke auf jenem Chip. Deshalb muß auf dem Chip, anstelle einer Zenerdiode 220 pro Widerstand 202, 204 und pro Netzwerk 98', nur eine Zenerdiode 220 pro Widerstand 202, 204 für alle Netzwerke 98' hergestellt werden. Dies bedeutet in der gezeigten Ausführung, daß nur zwei Zenerdioden 220 (einer für die Widerstände 202 und einer für die Widerstände 204) auf dem Chip ausgebildet sind, unabhängig davon, wie viele Netzwerke 98' auf dem Chip ausgebildet worden sind. Somit trimmt das Trimmen eines Netzwerks 98' alle Netzwerke 98' im Abschluß 90, wobei keine Verringerung der Herstellungstoleranzen für die Dünnfilmwiderstände 98 erforderlich ist, um sicherzustellen, daß die Spezifikation für jeden Abschlußwiderstand eingehalten wird. Selbstverständlich sind weitere Modifikationen oder Ausführungsformen möglich, die dennoch in den Rahmen der beigefügten Ansprüche fallen. Diese und weitere Beispiele des Konzepts der oben veranschaulichten Erfindung sind als Beispiele gedacht, während der eigentliche Umfang der Erfindung lediglich durch die folgenden Ansprüche bestimmt ist.

Claims

1. Steuerbarer Busabschluß, um für einen Bus (12) mit mehreren Leitern (172) einen schaltbaren Abschluß zu bilden, wobei der steuerbare Busabschluß aufweist:

mehrere Widerstände (98, 98'), von denen jeder in Verbindung mit einem der Leiter des Busses sein kann;

mehrere elektrisch steuerbare Schalter (100), wobei jeder Schalter zwischen je einen der Widerstände und eine Spannungsquelle geschaltet ist, wobei die Schalter die Verbindung der Widerstände mit der Spannungsquelle erlauben, wenn sich der Schalter in einem ersten Zustand befindet, und die Verbindung zwischen Widerständen und Spannungsquelle verhindern, wenn sich der Schalter in einem zweiten Zustand befindet, und

eine Steuerungsschaltung (92) zur Erzeugung eines Steuerungssignals, das bewirkt, daß die steuerbaren Schalter vom ersten Zustand in den zweiten Zustand oder vom zweiten Zustand in den ersten Zustand schalten,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Spannungsquelle ein Spannungsregler (94, 106) ist, der mit einer Spannungsversorgung verbindbar ist und der eine geregelte Spannung erzeugen kann, wobei das Steuerungssignal ein Anschalten oder Ausschalten des Spannungsreglers bewirkt.

2. Steuerbarer Busabschluß, um für einen Bus (12) mit mehreren Leitern (172) einen schaltbaren Abschluß zu bilden, wobei der steuerbare Busabschluß aufweist:

mehrere Widerstand-Netzwerke (94, 106), von denen jedes in Verbindung mit einem der Leiter des Busses sein kann;

mehrere elektrisch steuerbare Schalter (100), wobei jeder Schalter zwischen je eines der Widerstand-Netzwerke und eine Spannungsquelle geschaltet ist, wobei die Schalter die Verbindung des Widerstand-Netzwerks mit der Spannungsquelle erlauben, wenn sich der Schalter in einem ersten Zustand befindet, und die Verbindung zwischen Widerstand-Netzwerken und Spannungsquelle verhindern, wenn sich der Schalter in einem zweiten Zustand befindet, und eine Steuerungsschaltung (92) zur Erzeugung eines Steuerungssignals, das bewirkt, daß die steuerbaren Schalter vom ersten Zustand in den zweiten Zustand oder vom zweiten Zustand in den ersten Zustand schalten,

dadurch gekennzeichnet, daß

3. Busabschluß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungsschaltung (92) einen Vergleicher (102) zum Vergleichen einer freien Spannung mit einer bestimmten Schwellenspannung aufweist, wobei der Vergleicher (102) das Steuerungssignal so erzeugt, daß eine Zustandsänderung der elektrisch steuerbaren Schalter (100) bewirkt wird in Abhängigkeit davon, ob die freie Spannung die Schwellenspannung übersteigt.

4. Busabschluß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschluß außerdem mehrere Halteschaltungen (178) aufweist, von denen jede in Verbindung mit einem der Leiter (172) des Busses ist.

5. Busabschluß nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder elektrisch steuerbare Schalter (100) einen Schalttransistor aufweist, und daß jedes Widerstand-Netzwerk (94, 106) einen Widerstand (200, 202, 204) und ein Transistor-Widerstand-Netzwerk (200, 202, 204, 206, 208) aufweist, wobei das Transiter-Wiederstand-Netzwerk (200, 202, 204, 206, 208) mehrere Widerstände (200, 202, 204) aufweist, die parallel geschaltet werden können.

6. Busabschluß nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Widerstand (200, 202, 204) des Transistor-Widerstand-Netzwerks (200, 202, 204, 206, 208) in Verbindung mit dem Spannungsregler (94, 106) über einen entsprechenden Transistor (206, 208) im Transistor-Widerstand-Netzwerk (200, 202, 204, 206, 208) steht.

7. Busabschluß nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schalten des Transistors (206, 208) des Transistor- Widerstand-Netzwerks (200, 202, 204, 206, 208) den Widerstand (200, 202, 204) des Transistor-Widerstand-Netzwerks (200, 202, 204, 206, 208) parallel schaltet oder trennt.

8. Busabschluß nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Schalten des Transistors (206, 208) durch eine Zenerdiode (220) zwischen der Basis des Transistors (206, 208) und Masse (112) bestimmt ist.