DE69624791T2

DE69624791T2 - Zweiwegsignalübertragungsanordnung

Info

Publication number: DE69624791T2
Application number: DE69624791T
Authority: DE
Inventors: Anthony Tracy
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Libre Holdings Inc Needham Mass Us
Priority date: 1995-12-11
Filing date: 1996-12-06
Publication date: 2003-07-03
Anticipated expiration: 2016-12-07
Also published as: ATE227904T1; WO1997022184A3; AU7530796A; JPH11500893A; US6014040A; DE69624791D1; KR19980702125A; WO1997022184A2; EP0808530A2; AU710082B2; JP3639600B2; EP0808530B1; KR100463886B1; AUPN704795A0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zweiwegsignalübertragungsanordnung zur Übertragung eines binären Signals in beiden Richtungen. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Schnittstelle für ein derartiges System.
Ein Beispiel für eine Zweiwegsignalübertragungsanordnung ist das wohlbekannte 12C-Bussystem, das zum Beispiel im Philips Data Handbook IC12a unter dem Titel "12C-bus compatible ICs, Types MAB84XI family to PCF8579", erschienen 1989, auf den Seiten 31-53 und unter dem Titel "The 12C bus and how to use it (including specifications)", erschienen 1995, von Philips Semiconductors beschrieben wird. Das 12C- Bussystem ist ein serielles Bussystem mit Stationen, d. h. integrierten Schaltungen, die über einen Zweiweg-Zweileitungsübertragungskanal miteinander verbunden sind, wobei eine Leitung für ein binäres Datensignal und eine zweite Leitung für ein binäres Taktsignal vorgesehen sind, und die entsprechend einem vorher festgelegten Protokoll miteinander kommunizieren. In Abhängigkeit von ihrer speziellen Funktion innerhalb des Systems kann jede Station als Sender oder Empfänger oder beides funktionieren.
Sowohl die Datenleitung als auch die Taktleitung sind durch Pull-up- Widerstände mit einer positiven Versorgungsspannung verbunden. Die Leitungen schweben auf HIGH, wenn die Stationen nicht miteinander kommunizieren. Die Ausgangsstufe jeder Station hat eine Schnittstelle zum Bus mit einem Transistor mit offenem Kollektor oder offenem Drain, die es jeglicher der Stationen ermöglicht, den Spannungspegel auf dem Bus auf LOW zu bringen.
Die kapazitive Last des 12C-Bus bestimmt die Länge des Busses und die Anzahl der Stationen, die an den Bus angeschlossen werden können. Die Buskapazität ist die gesamte Kapazität von Leitung, Verbindungen und IC-Stiften. Wird die Buskapazität erhöht, muss der Bus mit niedrigeren Geschwindigkeiten funktionieren. Außerdem werden die Anstiege und Abfälle des Busses zu einem Problem.
Es wurde vorgeschlagen, dass eine Zweiweg-Signalübertragungsanordnung mit einer Busschnittstellenvorrichtung diese Probleme verringern könnte. Bei diesen Vorschlägen wird die Busschnittstellenvorrichtung mit einem ersten Zweiweg-Datenbus auf der einen Seite und mit zwei logischen Pfaden, einem zum Empfangen und einem zum Senden von Signalen, gekoppelt. Diese beiden logischen Pfade sind mit einem zweiten Zweiweg- Datenbus gekoppelt. Die bisher vorgeschlagenen Systeme weisen jedoch bedeutende Einschränkungen auf und bieten nur sehr begrenzte Anwendungsmöglichkeiten. Bei einigen liegt das Problem des Einrastens vor, wenn der empfangende logische Pfad auf LOW geht, geht der sendende logische Pfad an der Busschnittstelle aufgrund der Zweiweg-Auslegung des ersten Datenbusses nämlich auf LOW, und der sendende logische Pfad bleibt nur auf LOW. Der Bus ist in diesem Zustand "eingerastet". Andere Systeme sind von den Bedingungen her stabil, erzeugen jedoch störende logische Signale und neigen zum Schwingen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zweiwegsignalübertragungsanordnung und eine Schnittstellenvorrichtung zu schaffen, die diese Probleme überwinden. Zu diesem Zweck beinhaltet die Erfindung eine Zweiwegsignalübertragungsanordnung, die Folgendes umfasst: einen ersten Zweiweg-Signalpfad, der einen logisch hohen Zustand auf ihm erzeugen kann;
eine oder mehrere erste Stationen, die mit dem ersten Zweiweg-Signalpfad gekoppelt sind und jeweils einen logisch niedrigen Zustand auf dem ersten Zweiweg-Signalpfad erzeugen können;
eine Schnittstellenvorrichtung, die mit dem ersten Zweiweg-Signalpfad gekoppelt ist und über einen Empfangseingang und einen Sendeausgang verfügt;
einen zweiten Zweiweg-Signalpfad, der mit dem Empfangseingang und dem Sendeausgang der Schnittstellenvorrichtung gekoppelt ist;
wobei die Schnittstellenvorrichtung Folgendes umfasst:
erste Mittel zum Erzeugen eines mittleren logischen Zustands auf dem ersten Zweiweg-Signalpfad in Reaktion auf einen niedrigen logischen Zustand am Empfangseingang,
zweite Mittel zum Erzeugen eines niedrigen logischen Zustands auf dem ersten Zweiweg-Signalpfad in Reaktion auf den genannten niedrigen logischen Zustand am Sendeausgang, und sonst zum Erzeugen eines hohen logischen Zustands an dem genannten Sendeausgang,
wobei die eine oder mehreren ersten Stationen so ausgelegt sind, dass sie den mittleren und den niedrigen logischen Zustand auf dem ersten Zweiweg-Signalpfad als LOW und den hohen logischen Zustand auf dem ersten Zweiweg-Signalpfad als HIGH erkennen.
Die vorliegende Erfindung bietet den Vorteil, dass sich ein logisches LOW wegen des mittleren logischen Zustands nicht vom Empfangseingang zum Sendeausgang über den ersten Zweiweg-Signalpfad fortpflanzt. Dies verhindert das Einrasten der Schnittstellenvorrichtung. Infolgedessen kann ein zweiter Zweiweg-Signalpfad mit dem ersten Zweiweg-Signalpfad über eine Schnittstellenvorrichtung verbunden werden, die eine minimale Last aufweist und somit die Einschränkung der Gesamtanzahl von Stationen aufhebt, die in der Zweiweganordnung verbunden werden können. Ferner erzeugt die vorliegende Erfindung keine störenden logischen Zustände und neigt somit nicht zum Schwingen.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung beinhalten die ersten Mittel der Schnittstellenvorrichtung einen Inverter, dessen Eingang mit dem Empfangseingang und dessen Ausgang mit der Basis eines Transistors mit offenem Kollektor verbunden ist, und eine Spannungsquelle, die zwischen den ersten Zweiweg-Signalpfad und den Transistor mit offenem Kollektor geschaltet ist, wobei der Inverter in Reaktion auf einen hohen logischen Zustand am Empfangseingang den Transistor mit offenem Kollektor ausschaltet und in Reaktion auf den genannten niedrigen logischen Zustand am Empfangseingang den Transistor mit offenem Kollektor einschaltet, wobei der Transistor mit offenem Kollektor im eingeschalteten Zustand den ersten Zweiweg-Signalpfad auf den genannten mittleren logischen Zustand "herunterzieht" und im ausgeschalteten Zustand den ersten Zweiweg-Signalpfad auf dem genannten hohen logischen Zustand belässt.
Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung beinhalten die zweiten Mittel der Schnittstellenvorrichtung einen Komparator, dessen einer Eingang mit dem ersten Zweiweg-Signalpfad und dessen anderer Eingang mit einer Bezugsspannungsquelle Vmed gekoppelt ist, wobei der Ausgang eines Transistors mit offenem Kollektor des Komparators mit dem Sendeausgang der Schnittstellenvorrichtung gekoppelt ist und die zweiten Mittel am Sendeausgang den genannten niedrigen logischen Zustand erzeugen, wenn der logische Zustand auf dem ersten Zweiweg-Signalpfad unter der Bezugsspannungsquelle Vmed liegt, und am Sendeausgang einen genannten hohen logischen Zustand erzeugen, wenn der logische Zustand auf dem ersten Zweiweg-Signalpfad höher als die Bezugsspannung Vmed ist.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Schnittstellenvorrichtung zum Einsatz in einer Zweiwegsignalübertragungsanordnung, wobei die Anordnung Folgendes umfasst:
einen ersten Zweiweg-Signalpfad, der auf ihm einen logisch hohen Zustand erzeugen kann, wobei eine oder mehrer Stationen mit dem ersten Zweiweg-Signalpfad gekoppelt sind, die jeweils einen logisch niedrigen Zustand auf dem ersten Zweiweg-Signalpfad erzeugen können,
einen zweiten Zweiweg-Signalpfad, wobei die eine oder mehreren ersten Stationen so ausgelegt sind, dass sie einen mittleren logischen Zustand und den niedrigen logischen Zustand auf dem ersten Zweiweg-Signalpfad als LOW und den hohen logischen Zustand auf dem ersten Zweiweg-Signalpfad als HIGH erkennen, wobei die Schnittstellenvorrichtung so ausgelegt ist, dass sie mit dem ersten Zweiweg-Signalpfad gekoppelt ist und einen Empfangseingang und einen Sendeausgang aufweist, die so ausgelegt sind, dass sie mit dem zweiten Zweiweg-Signalpfad gekoppelt sind,
wobei die Schnittstellenvorrichtung Folgendes umfasst:
erste Mittel zum Erzeugen des genannten mittleren logischen Zustands auf dem ersten Zweiweg-Signalpfad in Reaktion auf einen niedrigen logischen Zustand am Empfangseingang,
zweite Mittel zum Erzeugen eines niedrigen logischen Zustands auf dem ersten Zweiweg-Signalpfad in Reaktion auf den genannten niedrigen logischen Zustand am Sendeausgang, und sonst zum Erzeugen eines hohen logischen Zustands an dem genannten Sendeausgang.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Zweiwegsignalübertragungsanordnung;
Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Station zum Einsatz mit der in Fig. 1 dargestellten Zweiwegsignalübertragungsanordnung;
Fig. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schnittstellenvorrichtung zum Einsatz mit der in Fig. 1 dargestellten Zweiwegsignalübertragungsanordnung;
Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Zweiwegsignalübertragungsanordnung mit einer Schnittstellenvorrichtung wie in Fig. 3 dargestellt.
Fig. 1 zeigt ein erstes Beispiel für eine erfindungsgemäße Zweiwegsignalübertragungsanordnung. Die Zweiwegsignalübertragungsanordnung umfasst eine erste Zweiwegsignalübertragungsanordnung 1 und eine zweite Zweiwegsignalübertragungsanordnung 2 mit einer zwischen die beiden Anordnungen geschalteten Schnittstellenvorrichtung 3.
Die erste Zweiwegsignalübertragungsanordnung 1 enthält einen Zweiweg- Zweileitungsbus 101. Der Bus 101 beinhaltet eine Datenleitung 102 zur Übertragung von Datensignalen und eine Taktleitung 103 zur Übertragung von Taktsignalen. Die auf dem Bus 101 übertragenen Daten- und Taktsignale sind binäre Signale. Mit dem Bus 101 sind zwei Stationen 110 verbunden. Auf Wunsch können mehr Stationen mit dem Bus 101 verbunden werden. Die Anzahl der mit dem Bus 101 zu verbindenden Stationen ist jedoch durch die Gesamtbuskapazität begrenzt. So begrenzen die für den 12C-Bus spezifizierten 400 pF die Anzahl in der Praxis auf ca. 20 Stationen.
Diese Stationen 110 sind im Allgemeinen integrierte Schaltungen, die Mikrocontroller, Universalschaltungen, wie LCD-Treiber, ferngesteuerte I/O-Ports, RAM, EEPROM oder Datenkonverter, oder anwendungsorientierte Schaltungen, wie Schaltungen zur digitalen Abstimmung und Signalverarbeitung für Radio- und Videosysteme, oder MWF-Generatoren für Telefongeräte mit Tonwahl umfassen können.
Jede dieser einzelnen Stationen 110 kann zwar verschieden sein und eine unterschiedliche Funktion ausführen, wie beispielsweise ein Mikrocontroller oder ein LCD, ihre Ein-/Ausgänge sind jedoch auf die gleiche Weise angeordnet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wird diese Anordnung mit Bezug auf eine Station 110 beschrieben, die in Fig. 2 dargestellt ist.
Fig. 2 zeigt eine Station 110 mit einem Taktein-/-ausgang 111 und einem Datenein-/-ausgang 112, die mit der in Fig. 1 dargestellten Taktleitung 103 bzw. Datenleitung 102 verbunden sind. Der Datenein-/-ausgang 112 ist mit einer Datenausgangsstufe 125 und einer Dateneingangsstufe 126 verbunden. Die Datenausgangsstufe 125 besteht aus einem Transistor 128 mit offenem Kollektor, der den Datenausgang des inneren Schaltkreises der Station 110 bildet. Die Dateneingangsstufe 126 besteht aus einem Komparator 130, dessen einer Eingang mit dem Datenein-/-ausgang 112 verbunden ist. Der andere Eingang des Komparators 130 ist mit einer Bezugsspannung Vhigh verbunden, und der Ausgang des Komparators 130 bildet den Dateneingang des inneren Schaltkreises der Station.
Der Taktein-/-ausgang 111 der Station 110 ist mit einer Taktausgangsstufe 123 und einer Takteingangsstufe 124 verbunden. Die Taktausgangsstufe 124 weist einen Transistor 127 mit offenem Kollektor auf, der demjenigen der Datenausgangsstufe 125 gleicht und auf die gleiche Weise funktioniert. Die Takteingangsstufe 124 besitzt einen Komparator 129 und eine Bezugsspannung Vhigh, die denjenigen der Dateneingangsstufe 126 gleichen und auf die gleiche Weise funktionieren. Die weiteren Einzelheiten des inneren Schaltkreises der Station 110 sind nicht dargestellt. Die Einzelheiten des inneren Schaltkreises (beispielsweise die Mikrocontrollerschaltung oder die LCD-Schaltung und andere) sind für die Funktionsweise der Erfindung unerheblich und werden nicht beschrieben.
Die Art und Weise, in der die Stationen 110 miteinander in Verbindung stehen, wird mit Bezug auf die Fig. 1 und 2 beschrieben. Der Zustand des Busses 101 der ersten Zweiwegsignalübertragungsanordnung 1 wird von der zweiten Zweiwegsignalübertragungsanordnung 2 mangels jeglichen Datenverkehrs von letzterer Anordnung nicht beeinflusst.
In den Fig. 1 und 2 stehen die Stationen 110 miteinander in Verbindung, indem der Zustand der Busleitungen 102, 103 von HIGH zu LOW und umgekehrt wechselt und indem erkannt wird, ob sich die Busleitungen 102, 103 in einem Zustand HIGH oder einem Zustand LOW befinden. Die Stationen 110 erkennen, dass sich die Datenleitung 102 in einem Zustand HIGH befindet, wenn die Spannung auf der Datenleitung 102 höher als eine oder gleich einer Bezugsspannung Vhigh ist, und dass sich die Datenleitung 102 in einem Zustand LOW befindet, wenn die Spannung auf der Datenleitung 102 niedriger als die genannte Bezugsspannung Vhigh ist. Die Stationen erkennen den Zustand der Taktleitung 103 in der gleichen Weise in Bezug auf die genannte Bezugsspannung Vhigh.
In den Fig. 1 und 2 ändern die Stationen 110 den Zustand der Takt- und Datenleitungen 102, 103, indem sie die Transistoren 127 und 128 mit offenem Kollektor der Takt- und Datenausgangsstufen 123 und 125 ein- und ausschalten. Wenn sich jeder der Transistoren 127 und 128 mit offenem Kollektor im ausgeschalteten Zustand befindet, werden die Busleitungen 102 und 103 durch die Pull-up-Widerstände 130 bzw. 131 auf eine Versorgungsspannung Vss gebracht. Die Versorgungsspannung Vss wird so gewählt, dass sie höher als die genannte Bezugsspannung Vhigh ist; somit werden die Busleitungen 102 und 103 in dieser Situation von den Stationen 110 als im Zustand HIGH befindlich betrachtet.
Jegliche der Stationen 110 ist in der Lage, die Spannung auf der Datenleitung 102 auf eine Spannung Vuu zu bringen, indem sie den Transistor 128 mit offenem Kollektor der Datenausgangsstufe 125 einschalten. Diese Datenausgangsstufe 125 ist so ausgelegt, dass die Spannung Vuu niedriger als die genannte Bezugsspannung Vhigh ist. Somit ist die Spannung der Datenleitung 102 im eingeschalteten Zustand des Transistors 128 mit offenem Kollektor Vuu, also niedriger als Vhigh, und der Zustand der Datenleitung 102 wird von den Stationen 110 als LOW erkannt. Im ausgeschalteten Zustand der genannten Transistoren 128 ist die Spannung auf der Datenleitung Vss, also höher als Vhigh, und der Zustand der Datenleitung 102 wird von den Stationen 110 als HIGH erkannt.
In gleicher Weise kann jegliche der Stationen 110 die Spannung auf der Taktleitung 103 auf eine Spannung Vuu bringen, indem sie den Transistor 127 mit offenem Kollektor der Taktausgangsstufe 123 einschaltet. Wie oben erwähnt, ist diese Spannung Vuu niedriger als die Bezugsspannung Vhigh. Somit wird der Zustand der Taktleitung 103 im eingeschalteten Zustand des Transistors 127 mit offenem Kollektor von den Stationen 110 als LOW und im ausgeschalteten Zustand der genannten Transistoren 127 von den Stationen 110 als HIGH erkannt.
Alle mit dem Bus 101 verbundenen Stationen 110 besitzen eine Daten- und Taktausgangsstufe 123 und 125. Da jegliche der Stationen 110 die Daten- oder Taktleitungen auf LOW bringen kann, ist die Datenleitung 102 nur auf HIGH, wenn ALLE Transistoren 128 mit offenem Kollektor von ALLEN Stationen 110 ausgeschaltet sind. Das gleiche gilt für die Taktleitung 103.
Jede der Stationen 110 besitzt eine Daten- und Takteingangsstufe 124 und 126 zum Erkennen des Zustands der Busleitungen 102 und 103. Die in Fig. 2 dargestellte Dateneingangsstufe 125 enthält einen Komparator 130, dessen einer Eingang mit dem Datenein-/-ausgang 112 der Station 110 verbunden ist. Der andere Eingang des Komparators 130 ist mit einer Spannungsquelle verbunden, die eine Spannung führt, die der genannten Bezugsspannung Vhigh entspricht. Wenn die Spannung auf der Datenleitung 102 höher als die Bezugsspannung Vhigh ist, ist der Ausgang des Komparators 130 HIGH, und wenn die Spannung auf der Datenleitung 102 niedriger als die Bezugsspannung Vhigh ist, ist der Ausgang des Komparators 130 LOW. Die in Fig. 2 dargestellte Takteingangsstufe 123 funktioniert auf die gleiche Weise auf der Taktbusleitung 103.
Somit können die Stationen 110 binär miteinander in Verbindung stehen. In dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Beispiel werden Daten von einer Station 110 zu einer anderen Station 110 seriell mit Taktsteuerung gemäß dem 12C-Protokoll übertragen. Da dieses Protokoll nicht Bestandteil der Erfindung ist, wird auf die oben erwähnten Veröffentlichungen Bezug genommen, in denen es beschrieben wird.
In Fig. 1 entspricht die zweite Zweiwegsignalübertragungsanordnung 2 der ersten Zweiwegsignalübertragungsanordnung 1. Die zweite Zweiwegübertragungsanordnung 2 weist die gleichen Merkmale auf und funktioniert wie die erste Zweiwegübertragungsanordnung mit zwei Leitungen und verwendet das gleiche Protokoll. Wie bei der ersten Übertragungsanordnung 1 beinhaltet die zweite Übertragungsanordnung 2 eine Zweiwegbus 201 mit zwei Leitungen, nämlich der Datenleitung 202 und der Taktleitung 203, wobei die Stationen 210 einen Taktein-/-ausgang 211 und einen Datenein-/-ausgang 212, die jeweils mit der Taktleitung 203 und der Datenleitung 202 des Busses 201 und den Pull- up-Widerständen 230 und 231 verbunden sind. Die Stationen 110 der ersten Übertragungsanordnung 1 und die Stationen 210 der zweiten Übertragungsanordnung 2 sind gleich und funktionieren auf die gleiche Weise. Die Station 210 weist die gleichen Merkmale wie die in Fig. 2 dargestellte Station 110 auf und funktioniert auf die gleiche Weise. Die Versorgungsspannung Vss, die Spannung Vuu und die Bezugsspannung Vhigh der ersten Übertragungsanordnung haben eine entsprechende Versorgungsspannung Vss', eine Spannung Vuu' und eine Bezugsspannung Vhigh' in der zweiten Übertragungsanordnung. Bei dem gezeigten Beispiel sind die Spannungspegel für Vss', Vuu' und Vhigh' die gleichen wie für Vss, Vuu bzw. Vhigh. Die tatsächlichen Spannungspegel für sowohl die erste als auch die zweite Anordnung können auf Wunsch jedoch unterschiedlich sein. So kann beispielsweise die Versorgungsspannung Vss in der ersten Anordnung 3 Volt betragen, während die Versorgungsspannung Vss' in der zweiten Anordnung 5 Volt betragen kann.
Es können wiederum, falls gewünscht, mehrere Stationen 210 an den Bus 201 angeschlossen werden. Es besteht jedoch wie in der ersten Übertragungsanordnung 1 eine obere Grenze für die Anzahl der Stationen 210, die an den Bus 201 angeschlossen werden können.
Fig. 3 zeigt die Schnittstellenvorrichtung 3 im Detail, die zwischen die in Fig. 1 dargestellte erste und zweite Zweiwegsignalübertragungsanordnung 1 und 2 geschaltet ist. Die Schnittstellenvorrichtung 3 besteht aus einer separaten Datenschnittstellenstufe 310 und einer Taktschnittstellenstufe 320. Ein Datenein-/-ausgang 311 und ein Taktein-/-ausgang 321 der Schnittstellenvorrichtung 3 sind entsprechend an die in Fig. 1 dargestellte Datenleitung 102 und die Taktleitung 103 angeschlossen. Die Schnittstellenvorrichtung 3 verfügt außerdem über einen Datensendeausgang 312 und einen Datenempfangseingang 313, die beide mit der Datenleitung 202 verbunden sind, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Die Schnittstellenvorrichtung 3 beinhaltet ferner einen Taktsendeausgang 322 und einen Taktempfangseingang 323, die beide mit der Taktleitung 203 verbunden sind, wie es in Fig. 1 dargestellt ist.
Der Datenein-/-äusgang 311 der Datenschnittstellenstufe 310 ist mit einem Eingang eines Komparators 314 verbunden, dessen anderer Eingang an die Bezugsspannung Vmed angeschlossen ist. Der Ausgang des Komparators 314 ist mit der Basis eines Transistors 315 mit offenem Kollektor verbunden, dessen Kollektor mit dem Datensendeausgang 312 und dessen Emitter mit Erde verbunden ist. Der Datenempfangseingang 313 der Datenschnittstellenstufe 310 ist mit einem Inverter 316 verbunden, der über einen Widerstand 317 mit der Basis eines Transistors 318 mit offenem Kollektor verbunden ist. Der Datenein-/-ausgang 311 der Datenschnittstellenstufe 310 ist ferner mit der Anode einer Diode 319 verbunden, deren Kathode mit dem Kollektor des Transistors 318 verbunden ist, wobei die Diode 319 als Spannungsquelle fungiert. Der Emitter des Transistors 318 liegt an Erde. In der Situation, in der die Datenleitung 102 und der Datenein-/-ausgang 311 mit der Spannung Vss auf HIGH schweben, wenn der Transistor 318 mit offenem Kollektor eingeschaltet ist, werden der Datenein-/-ausgang 311 und die Datenleitung 102 auf eine Spannung Vtt gebracht. Die Bezugsspannung Vmed und die Spannung Vtt werden so gewählt, dass
Vss > Vhigh > Vtt > Vmed > Vuu.
Der Taktein-/-ausgang 321 der Taktschnittstellenstufe 320 ist mit dem Eingang eines Komparators 324 verbunden, dessen anderer Eingang an einer Bezugsspannung Vmed liegt. Der Ausgang des Komparators 324 ist mit der Basis eines Transistors 325 mit offenem Kollektor verbunden, dessen Kollektor mit dem Taktsendeausgang 322 und dessen Emitter mit Erde verbunden ist. Der Taktempfangseingang 323 der Taktschnittstellenstufe 320 ist mit einem Inverter 326 verbunden, der über einen Widerstand 327 mit der Basis eines Transistors 328 mit offenem Kollektor verbunden ist. Der Taktein-/-ausgang 321 der Taktschnittstellenstufe ist außerdem mit der Anode einer Diode 329 verbunden, deren Kathode mit dem Kollektor des Transistors 328 verbunden ist, wobei die Diode 329 als Spannungsquelle fungiert. Der Emitter des Transistors 328 liegt an Erde. Die Anordnung aus Taktleitung 103, Taktschnittstellenstufe 320 und Taktleitung 203 weist die gleichen Merkmale auf und funktioniert genauso wie die Anordnung aus Datenleitung 102, Datenschnittstellenstufe 310 und Datenleitung 202. Die Spannungspegel sind bei beiden Anordnungen die gleichen.
Im Folgenden wird die Funktionsweise der in Fig. 3 dargestellten Datenschnittstellenstufe 310 beschrieben. Die Taktschnittstellenstufe 320 funktioniert genauso und braucht nicht beschrieben zu werden.
Wenn die Datenleitung 102 der in Fig. 1 dargestellten ersten Übertragungsanordnung auf HIGH schwebt, ist die Spannung am Datenein-/-ausgang 311 Vss. Da die Spannung Vss höher als Vmed ist, schaltet der Komparator 314 den Transistor 314 aus. Somit werden der Datensendeausgang 312 und die Datenleitung 202 der zweiten Anordnung 2 durch den Pull-up-Widerstand 230 auf die Versorgungsspannung Vss' gebracht und schweben auf HIGH, wenn die Datenleitung 202 natürlich nicht von einer Station 210 "heruntergezogen" wird. Da der Datenempfangseingang 313 mit dem Datensendeausgang 312 verbunden ist, ist die Spannung am Inverter 316 Vss'. Unter diesen Umstanden ist der Ausgang des Inverters 316 LOW, und der Transistor 318 mit offenem Kollektor wird ausgeschaltet. Somit schwebt die Datenleitung 102 weiterhin auf HIGH mit der Spannung Vss. Alle Stationen 110 und 210 sind somit in der Lage zu erkennen, dass der Zustand ihrer entsprechenden Datenleitungen 102 und 201 HIGH ist.
Wenn die Datenleitung 202 der in Fig. 1 dargestellten zweiten Übertragungsanordnung auf HIGH schwebt, ist die Spannung am Datenempfangseingang 313 Vss'. Unter diesen Umständen ist der Ausgang des Inverters 316 LOW, und der Transistor 318 mit offenem Kollektor wird ausgeschaltet. Somit schwebt die Datenleitung 102 auf HIGH mit der Spannung Vss, wenn natürlich nicht eine der Stationen 110 die Datenleitung 102 "herunterzieht". Wie im vorhergehenden Abschnitt erwähnt, ist die Spannung am Datenein-/-ausgang 311 Vss, der Komparator schaltet den Transistor 314 aus, und die Datenleitung 202 schwebt weiterhin auf HIGH mit der Spannung Vss'. Somit können alle Stationen 110 und 210 erkennen, dass der Zustand ihrer entsprechenden Datenleitungen 102 und 201 HIGH ist.
Wenn eine Station 210 die Spannung auf der Datenleitung 202 auf eine Spannung Vuu' "herunterzieht", ist die Spannung am Datenempfangseingang 313 Vuu'. Unter diesen Umständen schaltet der Inverter 316 den Transistor 318 mit offenem Kollektor ein, der wiederum den Datenein-/-ausgang 311 und die Datenleitung 102 auf den Spannungspegel Vtt bringt. Da die Spannung Vtt höher als Vmed ist, schaltet der Komparator 314 den Transistor 315 aus, und der Datensendeausgang 312 ist dann nicht aktiv. Somit pflanzt sich ein logisches LOW aufgrund des mittleren Spannungspegels Vtt nicht vom Datenempfangseingang 313 zum Datensendeausgang 312 über die erste Übertragungsanordnung 1 fort. Dies verhindert das Einrasten der Schnittstellenvorrichtung 3. Da der Datensendeausgang 312 mit dem Datenempfangseingang 313 verbunden ist, bringt letzterer den Datensendeausgang 312 LOW auf Vuu'. Der Datensendeausgang 312 wird durch die Station 210 auf LOW und Vuu' gebracht und NICHT durch die Schnittstellenvorrichtung 3. Somit geht die Datenleitung 202 wieder auf HIGH, sobald die Station 210 die Datenleitung 202 freigibt, d. h. ihren Transistor 128 ausschaltet. In dem oben genannten Zustand, in dem eine Station 210 die Spannung auf der Datenleitung 202 auf Vuu' bringt, können alle Stationen 210 erkennen, dass die Datenleitung 202 auf LOW ist, da Vuu' < Vhigh', und alle Stationen 110 können erkennen, dass die Datenleitung 102 auf LOW ist, da Vtt < Vhigh.
Wenn eine Station 110 die Spannung auf der Datenleitung 102 auf eine Spannung Vuu "herunterzieht", ist die Spannung am Datenein-/-ausgang 311 Vuu. Da die Spannung Vuu niedriger als Vmed ist, schaltet der Komparator 314 den Transistor 315 mit offenem Kollektor ein. Unter diesen Umständen werden der Datensendeausgang 312 und die Datenleitung 202 der zweiten Anordnung durch den Transistor 315 mit offenem Kollektor auf die Spannung Vuu' "heruntergezogen". Da der Datenempfangseingang 313 mit dem Datensendeausgang 312 verbunden ist, ist die Spannung am Inverter 316 Vuu'. Unter diesen Umständen ist der Ausgang des Inverters 316 HIGH, und der Transistor 318 mit offenem Kollektor wird eingeschaltet. Die Datenleitung 102 ist jedoch schon auf die Spannung Vuu gebracht worden, und aufgrund der Schaltungsanordnung des Busses kann der Transistor 318 mit offenem Kollektor die Spannung auf der Datenleitung 102 nicht auf Vtt bringen. Somit bleibt die Spannung auf der Datenleitung 102 Vuu. Alle Stationen 110 können erkennen, dass die Datenleitung LOW ist, da Vuu < Vhigh, und alle Stationen 210 können erkennen, dass die Datenleitung 202 LOW ist, da Vuu' < Vhigh'. Wenn die Station 110 die Datenleitung 102 freigibt, d. h. den Transistor 128 ausschaltet, wird die Datenleitung 102 anfangs auf die Spannung Vtt gebracht. Da die Spannung Vtt > Vmed, schaltet der Komparator 314 den Transistor 315 mit offenem Kollektor aus, und der Datensendeausgang 312 schwebt auf HIGH mit der Spannung Vss'. Dadurch wird wiederum der Transistor 318 zum Ausschalten veranlasst, und die Datenleitung 102 schwebt schließlich auf HIGH mit Vss.
Die folgende Tabelle fasst die obige Funktionsweise der Schnittstellenvorrichtung 3 zusammen und stellt die Zustände des Datenempfangseingangs (R · D) 313, des Datenein-/-ausgangs (Di/o) 311 und des Datensendeausgangs (T · D) 312 dar, wie sie von ihren entsprechenden Stationen 110 und 210 erkannt werden.
Der Pfeil gibt die Signalweiterleitung an. Tabelle 1
Wie aus der Tabelle 1 ersichtlich ist, pflanzt sich ein logisches HIGH in beiden Richtungen, ein logisches LOW vom Datenein-/-ausgang 311 zum Datensendeausgang 312 und ein logisches LOW vom Datenempfangseingang 313 zum Datenein-/-ausgang 311 fort, ein logisches LOW pflanzt sich jedoch aufgrund des am Datenein-/-ausgang 311 vorliegenden mittleren Spannungspegels nicht vom Datenempfangseingang 313 zum Datensendeausgang 312 fort. Während der mittlere Spannungspegel am Datenein-/-ausgang 311 von den Stationen 110 als LOW erkannt wird, erkennt die Schnittstellenvorrichtung 3 den mittleren Spannungspegel als HIGH. Dadurch wird das Einrasten verhindert.
Die in Bezug auf die Fig. 1, 2 und 3 beschriebene Ausführungsform ist lediglich ein Beispiel für eine Anordnung. Eine ganze Serie von Zweiwegsignalübertragungsanordnungen kann über eine Anzahl derartiger Schnittstellenvorrichtungen 3 zusammengeschaltet werden und eine einzige Übertragungsanordnung bilden. Somit besteht theoretisch keine Begrenzung der Anzahl von Stationen, die in einer derartigen Anordnung zusammengeschaltet werden können.
In Fig. 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Zweiwegsignalübertragungsanordnung dargestellt, die eine Schnittstellenvorrichtung wie in Fig. 3 dargestellt umfasst. Der Datenein-/-ausgang 311 der Schnittstellenvorrichtung 3 ist mit der Datenleitung 102 einer Übertragungsanordnung 1 der in Fig. 1 dargestellten Art gekoppelt. Die Schnittstellenvorrichtung ist auch mit der Datenleitung 202 einer Übertragungsanordnung 2 der in Fig. 1 dargestellten Art gekoppelt. In Fig. 4 sind lediglich die Datenleitung 102 und die Datenleitung 202 der ersten und zweiten Übertragungsanordnung und die Datenschnittstellenstufe der Schnittstellenvorrichtung 3 dargestellt. Die Taktleitungen 103, 203 der erste und zweiten Übertragungsanordnung und die Taktschnittstellenstufe der Schnittstellenvorrichtung 3 sind gekoppelt und funktionieren wie die Datenleitungen 102, 202 und die Datenschnittstellenstufe und sind daher nicht dargestellt.
In Fig. 4 ist der Datensendeausgang 312 mit der Datenleitung 202 über einen Optokoppler 432 gekoppelt. Die Datenleitung 202 ist mit dem Datenempfangseingang 313 über einen Inverter 433, einen Widerstand 434 und einen Optokoppler 435 gekoppelt. Der Datenempfangseingang 313 ist durch einen Pull-up-Widerstand 430 mit der Versorgungsspannung Vss' verbunden. Der Datensendeausgang 312 ist mit der Versorgungsspannung Vss' über den Optokoppler 432 und den Pull-up-Widerstand 431 verbunden. Durch die beiden Optokoppler 432 und 435 werden die erste und die zweite Übertragungsanordnung galvanisch getrennt, und diese einfache Schaltungsanordnung eignet sich für einfache Anwendungen mit niedriger Geschwindigkeit.
Im Betrieb, wenn der Datensendeausgang 312 HIGH ist (der Transistor 315 aus Fig. 3 ist ausgeschaltet), ist die Diode des Optokopplers 432 nicht eingeschaltet, und der Fototransistor des Optokopplers befindet sich im ausgeschalteten Zustand. Somit kann die Datenleitung 202 mit Vss' auf HIGH schweben. Wenn die Spannung am Datensendeausgang 312 auf LOW ist (der Transistor 315 ist eingeschaltet), ist die Diode des Optokopplers 432 eingeschaltet, der Fototransistor des Optokopplers ist eingeschaltet, und die Datenleitung 202 wird LOW mit einer Spannung Vuu'. Wenn die Datenleitung mit Vss' auf HIGH schwebt, ist der Ausgang des Inverters 433 LOW, und die Diode des Optokopplers 435 ist ausgeschaltet, und somit ist der Fototransistor des Optokopplers 435 ausgeschaltet. Daher schwebt der Datenempfangseingang 313 auf HIGH mit der Versorgungsspannung Vss'. Wenn die Spannung auf der Datenleitung 202 Vuu' (LOW) ist, ist der Ausgang des Inverters 433 HIGH, und die Diode und der Fototransistor des Optokopplers 435 sind eingeschaltet. Es ist offensichtlich, dass auch ein Hochgeschwindigkeitsbetrieb möglich ist, indem Hochgeschwindigkeitsoptokoppler mit den entsprechend angepassten Treibern eingesetzt werden.
Bei einem nicht dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Schnittstellenvorrichtung 3 über den Datenein-/-ausgang mit einer ersten Übertragungsanordnung der in Fig. 1 dargestellten Art verbunden. Der Datensendeausgang 312 und der Datenempfangseingang 313 sind mit dem Eingang bzw. Ausgang einer differentiellen Busschnittstellenvorrichtung, beispielsweise einem CAN-Bus, unter Verwendung eines Schnittstellen-IC verbunden. An anderen Knotenpunkten des CAN-Busses, sind der Eingang und der Ausgang des CAN-Busschnittstellen-IC mit den entsprechenden Datensendeausgängen 312 und Datenempfangseingängen 313 weiterer Schnittstellenvorrichtungen 3 verbunden, deren Datenein-/-ausgänge mit weiteren Übertragungsanordnungen der in Fig. 1 dargestellten Art verbunden sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es möglich, mehr als 100 Knotenpunkte mit über 100 ersten Übertragungsanordnungen zu schaffen, die durch den CAN-Bus gekoppelt sind.
Bei den oben genannten Ausführungsbeispielen ist eine duale Schnittstellenvorrichtung 3 dargestellt. Die Schnittstellenvorrichtung 3 verfügt nämlich sowohl über eine Datenschnittstellenstufe als auch über eine Taktschnittstellenstufe, die gleich funktionieren und mit den entsprechenden Datenleitungen und Taktleitungen gekoppelt sind. Für den Fachkundigen ist offensichtlich, dass die Taktbusleitungen auch als Einzelmastersystem konfiguriert werden können und dafür ein anderer Taktsignalpuffer als die Taktschnittstellenstufe zusammen mit einer Datenschnittstellenstufe der hier beschriebenen Art verwendet werden kann.
Es ist anzumerken, dass die oben genannten Ausführungsbeispiele die Erfindung eher veranschaulichen als einschränken, und der Fachkundige kann viele alternative Ausführungsbeispiele konstruieren, ohne dass vom Rahmen der Erfindung abgewichen wird.

Claims

1. Zweiwegsignalübertragungsanordnung, die Folgendes umfasst:

einen ersten Zweiweg-Signalpfad (101), der Mittel zum Erzeugen eines logisch hohen Zustand auf ihm umfasst, eine oder mehrere erste Stationen (110), die mit dem ersten Zweiweg-Signalpfad gekoppelt sind und jeweils einen logisch niedrigen Zustand auf dem ersten Zweiweg-Signalpfad erzeugen können;

eine Schnittstellenvorrichtung (3), die mit dem ersten Zweiweg-Signalpfad gekoppelt ist und über einen Empfangseingang (313) und einen Sendeausgang (312) verfügt;

einen zweiten Zweiweg-Signalpfad (201), der mit dem Empfangseingang und dem Sendeausgang der Schnittstellenvorrichtung gekoppelt ist;

wobei die Schnittstellenvorrichtung Folgendes umfasst:

erste Mittel (316-319) zum Erzeugen eines mittleren logischen Zustands auf dem ersten Zweiweg-Signalpfad in Reaktion auf einen niedrigen logischen Zustand am Empfangseingang,

zweite Mittel (314, 315) zum Erzeugen eines niedrigen logischen Zustands auf dem ersten Zweiweg-Signalpfad in Reaktion auf den genannten niedrigen logischen Zustand am Sendeausgang, und sonst zum Erzeugen eines hohen logischen Zustands an dem genannten Sendeausgang,

wobei die eine oder mehreren ersten Stationen (110) so ausgelegt sind, dass sie den mittleren und den niedrigen logischen Zustand auf dem ersten Zweiweg-Signalpfad als LOW und den hohen logischen Zustand auf dem ersten Zweiweg-Signalpfad als HIGH erkennen.

2. Zweiwegsignalübertragungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die ersten Mittel der Schnittstellenvorrichtung einen Inverter enthalten, dessen Eingang mit dem Empfangseingang und dessen Ausgang mit der Basis eines Transistors mit offenem Kollektor verbunden ist, und eine Spannungsquelle, die zwischen den ersten Zweiweg-Signalpfad und den Transistor mit offenem Kollektor geschaltet ist, wobei der Inverter in Reaktion auf einen hohen logischen Zustand am Empfangseingang den Transistor mit offenem Kollektor ausschaltet und in Reaktion auf den genannten niedrigen logischen Zustand am Empfangseingang den Transistor mit offenem Kollektor einschaltet, wobei der Transistor mit offenem Kollektor im eingeschalteten Zustand den ersten Zweiweg-Signalpfad auf den genannten mittleren logischen Zustand "herunterzieht" und im ausgeschalteten Zustand den ersten Zweiweg-Signalpfad auf dem genannten hohen logischen Zustand belässt.

3. Zweiwegsignalübertragungsanordnung nach jeglichem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweiten Mittel der Schnittstellenvorrichtung einen Komparator enthalten, dessen einer Eingang mit dem ersten Zweiweg-Signalpfad und dessen anderer Eingang mit einer Bezugsspannungsquelle Vmed gekoppelt ist, wobei der Ausgang eines Transistors mit offenem Kollektor des Komparators mit dem Sendeausgang der Schnittstellenvorrichtung gekoppelt ist und die zweiten Mittel am Sendeausgang den genannten niedrigen logischen Zustand erzeugen, wenn der logische Zustand auf dem ersten Zweiweg- Signalpfad unter der Bezugsspannung Vmed liegt, und am Sendeausgang einen genannten hohen logischen Zustand erzeugen, wenn der logische Zustand auf dem ersten Zweiweg- Signalpfad höher als die Bezugsspannung Vmed ist.

4. Zweiwegsignalübertragungsanordnung nach jeglichem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sendeausgang und der Empfangsausgang der Schnittstellenvorrichtung direkt mit dem zweiten Zweiweg-Signalpfad verbunden sind.

5. Zweiwegsignalübertragungsanordnung nach jeglichem der Ansprüche 1-3, wobei der Sendeausgang der Schnittstellenvorrichtung mit dem zweiten Zweiweg- Signalpfad über einen ersten Optokoppler gekoppelt und der zweite Zweiweg-Signalpfad über einen zweiten Optokoppler in Reihe mit dem Empfangseingang geschaltet ist.

6. Zweiwegsignalübertragungsanordnung nach jeglichem der Ansprüche 1-3, wobei der Sendeausgang der Schnittstellenvorrichtung über einen differentiellen Bus mit dem Empfangseingang der genannten weiteren Schnittstellenvorrichtung gekoppelt ist, die mit dem genannten zweiten Zweiweg-Signalpfad gekoppelt ist, und der Sendeausgang der genannten weiteren Schnittstellenvorrichtung über den differentiellen Bus mit dem Empfangseingang der ersten genannten Schnittstellenvorrichtung gekoppelt ist.

7. Zweiwegsignalübertragungsanordnung nach jeglichem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste und der zweite Zweiweg-Signalpfad Datenpfade sind.

8. Zweiwegsignalübertragungsanordnung nach jeglichem der Ansprüche 1-6, wobei der erste und der zweite Zweiweg-Signalpfad sowohl einen Datensignalpfad als auch einen Taktsignalpfad beinhalten und die Schnittstellenvorrichtung eine erste Schnittstellenstufe und eine zweite Schnittstellenstufe umfasst, wobei der Datensignalpfad des ersten Zweiweg-Signalpfades mit dem Datensignalpfad des genannten zweiten Zweiweg- Signalpfades über die erste Schnittstellenstufe und der Taktsignalpfad des ersten Zweiweg- Signalpfades mit dem Taktsignalpfad des genannten zweiten Zweiweg-Signalpfades über die zweite Schnittstellenstufe verbunden ist.

9. Schnittstellenvorrichtung (3) zum Einsatz in einer Zweiwegsignalübertragungsanordnung, wobei die Anordnung Folgendes umfasst:

einen ersten Zweiweg-Signalpfad (101), der Mittel zum Erzeugen eines logisch hohen Zustandes auf ihm umfasst, eine oder mehrere erste Stationen (110), die mit dem ersten Zweiweg-Signalpfad gekoppelt sind und jeweils einen logisch niedrigen Zustand auf dem ersten Zweiweg-Signalpfad erzeugen können,

einen zweiten Zweiweg-Signalpfad (201), wobei die eine oder mehreren ersten Stationen so ausgelegt sind, dass sie einen mittleren logischen Zustand und den niedrigen logischen Zustand auf dem ersten Zweiweg-Signalpfad als LOW und den hohen logischen Zustand auf dem ersten Zweiweg-Signalpfad als HIGH erkennen, wobei die Schnittstellenvorrichtung so ausgelegt ist, dass sie mit dem ersten Zweiweg-Signalpfad gekoppelt ist und einen Empfangseingang (313) und einen Sendeausgang (312) aufweist, die so ausgelegt sind, dass sie mit dem zweiten Zweiweg-Signalpfad gekoppelt sind,

wobei die Schnittstellenvorrichtung Folgendes umfasst:

erste Mittel (316-319) zum Erzeugen des genannten mittleren logischen Zustands auf dem ersten Zweiweg-Signalpfad in Reaktion auf einen niedrigen logischen Zustand am Empfangseingang,

zweite Mittel (314, 315) zum Erzeugen eines niedrigen logischen Zustands auf dem ersten Zweiweg-Signalpfad in Reaktion auf den genannten niedrigen logischen Zustand am Sendeausgang, und sonst zum Erzeugen eines hohen logischen Zustands an dem genannten Sendeausgang.

10. Schnittstellenvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die ersten Mittel der Schnittstellenvorrichtung einen Inverter enthalten, dessen Eingang mit dem Empfangseingang und dessen Ausgang mit der Basis eines Transistors mit offenem Kollektor verbunden ist, und eine Spannungsquelle, die zwischen den ersten Zweiweg-Signalpfad und den Transistor mit offenem Kollektor geschaltet ist, wobei der Inverter in Reaktion auf einen hohen logischen Zustand am Empfangseingang den Transistor mit offenem Kollektor ausschaltet und in Reaktion auf den genannten niedrigen logischen Zustand am Empfangseingang den Transistor mit offenem Kollektor einschaltet, wobei der Transistor mit offenem Kollektor im eingeschalteten Zustand den ersten Zweiweg-Signalpfad auf den genannten mittleren logischen Zustand "herunterzieht" und im ausgeschalteten Zustand den ersten Zweiweg- Signalpfad auf dem genannten hohen logischen Zustand belässt.

11. Schnittstellenvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei die zweiten Mittel der Schnittstellenvorrichtung einen Komparator enthalten, dessen einer Eingang mit dem ersten Zweiweg-Signalpfad und dessen anderer Eingang mit einer Bezugsspannungsquelle Vmed gekoppelt ist, wobei der Ausgang eines Transistors mit offenem Kollektor des Komparators mit dem Sendeausgang der Schnittstellenvorrichtung gekoppelt ist und die zweiten Mittel am Sendeausgang den genannten niedrigen logischen Zustand erzeugen, wenn der logische Zustand auf dem ersten Zweiweg-Signalpfad unter der Bezugsspannung Vmed liegt, und am Sendeausgang einen genannten hohen logischen Zustand erzeugen, wenn der logische Zustand auf dem ersten Zweiweg-Signalpfad höher als die Bezugsspannung Vmed ist.