DE69715711T2 - Datenbusisolator - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Videowiedergabeeinheit mit Steuerung durch einen Mikroprozessor und insbesondere einen Datenbus-Anschluß während des Betriebsmodus und des Bereitschaftsschafts- oder sogenannten Standby-Modus.
• In einer durch einen Mikroprozessor gesteuerten Vorrichtung wird häufig ein Datenbus für die Kommunikation angewendet. Da die Datenquelle, der Datenempfänger und der Bus alle innerhalb der Vorrichtung enthalten sind, wird wenig Aufmerksamkeit den Lösungen geschenkt, die angewendet werden, wenn die Datenübertragung über das Gerätechassis hinausgeht. Viele elektronische Systeme erleichtern die fernbediente Aktivierung und den Betrieb. Natürlich erfordert eine Fernbedienung, daß ein Teil des steuerbaren Gerätes eingeschaltet ist und Leistung verbraucht, um den Fernbedienbefehl zu empfangen. Zur Einsparung von Leistung verwenden daher die meisten elektronischen Systeme zwei Betriebszustände, nämlich einen sogenannten STANDBY-Modus und einen sogenannten RUN- oder ESETRIEBS- Modus. Effektiv sind zwei Versorgungseinheiten oder Netzteile vorgesehen, nämlich ein STANDBY-Netzteil, das ständig versorgt wird und mit einem Netzanschluß verbunden ist, und ein Netzteil für den Betriebsmodus, das aufgrund einer Benutzeraktivierung eingeschaltet wird.
• In der oben beschriebenen, beispielhaften Vorrichtung können die Anwendung des Standby- und des Betriebsmodus mit ihren jeweiligen Netzteilen Probleme verursachen, die zwischen der Schaltung mit der aufrechterhaltenen Spannungsversorgung und der Schaltung auftreten, wo die Spannungsversorgung abgeschaltet wird. Zum Beispiel kann ein Datenbus von einem Mikroprozessor mit aufrechterhaltener Betriebsspannung stammen und eine Kommunikation zu einer Schaltung bilden, die nur während des Betriebsmodus eingeschaltet ist. Im allgemeinen bildet eine derartige Bus-gesteuerte Schaltung einen Teil einer integrierten Schaltung, die einen Schutz gegen elektrostatische Entladung für bestimmte Eingangsklemmen enthält. Im allgemeinen kann ein elektrostatischer oder sogenannter ESD-Schutz durch eine Struktur mit einer in Reihe geschalteten Diode erfolgen, deren Kathode mit der IC- Betriebsspannung Vcc und deren Anode mit der niedrigsten Schaltungsspannung verbunden ist, im allgemeinen mit Erde. Der Verbindungspunkt der beiden Dioden ist mit einem Eingangspin des IC verbunden. Eine Diode wird immer dann leitend, wenn die Spannung an dem Eingangspin die Spannungen übersteigt, die den jeweiligen Diodenenden zugeführt werden.
• In einem System, wo ein Datenbus von einem Mikroprozessor mit aufrechterhaltener Betriebsspannung stammt und mit einer integrierten Schaltung mit geschalteter Betriebsspannung mit einem Eingangspin-Schutz verbunden ist, entsteht somit ein Problem, wo der Datenbus, im allgemeinen auf die abwesende geschaltete Betriebsspannung Vcc, geklemmt wird. Die Klemmung des Datenbus resultiert aus dem Stromfluß zwischen einem "Hochziehwiderstand" (pull up resistor) des Datenbus und einer ESD-Schutzdiode am Eingangspin des IC. Somit ist der Datenbus funktionsunfähig, und die Vorrichtung ist für eine Fern- oder örtliche Betätigung nicht in der Lage.
• Die US 5 327 172 beschreibt einen Fernsehempfänger mit einem Standby-Netzteil und einem Netzteil für den laufenden Modus oder Betriebsmodus. Ein an das Standby-Netzteil angeschlossener Mikroprozessor steuert die Umschaltung zwischen einem Betriebsmodus, wo das Standby-Netzteil und das Netzteil für den Betriebsmodus wirksam sind, und einen Standby-Modus, wo nur das Standby-Netzteil arbeitet. Die Umschaltung erfolgt normalerweise aufgrund von Schalteingängen oder aufgrund eines Signals von einer Fernbedieneinheit. Der Mikroprozessor steht über einen bidirektionalen Datenbus in einer digitalen Kommunikation mit einer digitalen Schaltung, wie einem phasenverkoppelten Tuner. Der Mikroprozessor ist dafür programmiert, die digitale Schaltung periodisch abzurufen (poll) und die Daten auf dem Datenbus für ein unerwartetes Ansprechen auf einem Abrufvorgang zu überwachen. Wenn die digitale Schaltung auf den Abbruchvorgang nicht reagiert oder falsch reagiert, was durch das Fehlen der richtigen Betriebsspannung für die digitale Schaltung von dem Netzteil für den Betriebsmodus erfolgen kann, schaltet der Mikroprozessor automatisch in den Standby-Betrieb und schaltet das Netzteil für den Betriebsmodus ab. Der Mikroprozessor schaltet aufgrund eines Befehls in den Betriebsmodus zurück, wenn nicht in dem Speicher gespeicherte Daten eine kürzliche oder wiederholte automatische Änderung in den Standby-Modus nach einem ermittelten Ausfall anzeigen.
• Aus der DE-A-38 25 485 ist ein Busgesteuertes Schaltnetzteil für digitale Fernsehempfänger bekannt, in dem die Komponenten Horizontalablenkung, Vertikalablenkung, Ost/West-Kissenkorrektur usw. über eine Datenbusleitung digital gesteuert werden und in der Datenbusleitung unmittelbar hinter dem Mikroprozessor eine galvanische Trennung vorgesehen ist.
• Die Erfindung betrifft eine Videowiedergabeeinheit mit einer Datenbus-Steuerung mit einem Standby- und einem Betriebszustand mit einem Mikroprozessor (100) der einen bidirektionalen Datenbus (105) aufweist und wahlweise in einem Betriebsmodus und in einem Standby-Modus arbeitet, einem mit dem Mikroprozessor (100) verbundenen, steuerbaren Netzteil (350) zur Lieferung der Betriebsspannung in dem Betriebs- und dem Standby-Modus, einer mit dem Netzteil (350) verbundenen integrierten Schaltung (500) mit einer Steuermöglichkeit durch den bidirektionalen Datenbus, gekennzeichnet durch von dem Netzteil gesteuerte Mittel (700) zum Anschluß des bidirektionalen Datenbus (105) an die integrierte Schaltung (500) aufgrund des Betriebsmodus und zur Trennung des bidirektionalen Datenbus (105) aufgrund des Standby-Modus.
• Fig. 1 zeigt eine beispielhafte, durch einen Mikroprozessor gesteuerte Wiedergabevorrichtung.
• Fig. 2 zeigt die beispielhafte, durch einen Mikroprozessor gesteuerte Wiedergabeeinheit von Fig. 1 mit einer erfindungsgemäßen Datenbus-Trennung.
• Die beispielhafte, durch einen Mikroprozessor gesteuerte Wiedergabeeinheit von Fig. 1 verwendet einen Datenbus 105, der zum Beispiel ein sogenanntes I²C- Protokoll für eine bidirektionale Kommunikation mit anderen, an den Bus angeschlossenen Einheiten benutzt. Die beispielhafte Videowiedergabeeinheit hat drei Zustände, nämlich:
• AUS, von dem Wechselspannungsnetz getrennt,
• STANDBY, mit dem Wechselspannungsnetz versorgt und in einem Betrieb mit einem Zustand mit niedriger Leistung, in der Erwartung eines Steuerbefehls,
• BETRIEB, voller Betriebszustand, auch mit Normalbetrieb bezeichnet.
• Sobald die Videowiedergabeeinheit an die Netzspannung angeschlossen ist, nimmt der Mikroprozessor 100 einen STANDBY-Zustand an, wo nur die Schaltung, die für den Empfang und die Durchführung der Steuerbefehle RC oder LC benötigt wird, in einem aktiven, leistungsverbauchenden Zustand gehalten wird. Zum Beispiel kann ein Fernbedienempfänger 50 mit Betriebsspannung versorgt sein und den Empfang eines Fernbedienbefehls RC ermöglichen. Im Gerät angeordnete Schalter 75 können durch den Mikroprozessor 100 periodisch abgefragt werden, um eine Benutzeraktivierung eines örtlichen Steuer-LC zu ermitteln. Beim Empfang eines Befehls EIN ändert der Mikroprozessor 100 den Zustand einer STAMDBY/BETRIEB-Ausgangsleitung 101, die den Beginn eines Betriebszustands anzeigt. Zum Beispiel ist bei einer ersten Steuerausführung, die durch eine ausgezogene Linie in Fig. 1 dargestellt ist, die Ausgangsleitung 101 mit einer integrierten Schaltung 200 für mehrere Fernsehfunktionen verbunden. Ein Beispiel eines derartigen IC ist ein Thomson T Chip, der direkt durch das über die Leitung 101 zugeführte STANDBY/BETRIEB- Ausgangssignal aktiviert werden kann. Diese direkte Steuerverbindung von dem Mikroprozessor 100 ist dafür hilfreich, zu gewährleisten, daß das IC 200 die Betriebsstabilität angenommen hat, bevor der Prozessor 100 die Datenbus-Kommunikation mit anderen, von dem Bus gesteuerten Einheiten initiiert, zum Beispiel eine integrierte Schaltung 500 für die digitale Konvergenz. Die integrierte Schaltung 200 kann phasenverkoppelte Oszillatoren und eine Impuls-Zählschaltung zur Erzeugung verschiedener Wiedergabesteuersignale enthalten. Ein Horizontaltreibersignal Hd 201 wird durch das IC 200 erzeugt und aufgrund eines Busbefehls von dem Mikroprozessor 100 für die Zuführung zu einer Horizontalablenkstufe 300 ausgegeben. Die Horizontalablenkstufe 300 erzeugt horizontalfrequente Ablenksignale, die einer Ablenkeinheit zugeführt werden, die auf einer CRT-Anordnung 400 angeordnet ist und die Horizontalablenkung des Elektronenstrahls erzeugt, Ein Schaltnetzteil 325 ist an die Horizontalablenkstufe 300 angeschlossen und wird durch Horizontalrücklaufimpulse gesteuert.
• In einer alternativen Steueranordnung ändert die STANDBY/BETRIEB-Ausgangsleitung 101, wenn der Mikroprozessor 100 einen Befehl EIN empfängt, den Zustand und löst einen Betriebszustand aus. In Fig. 1 ist zum Beispiel die Ausgangsleitung 101 (gestrichelt dargestellt) mit einem Schaltnetzteil 350 für den Betriebsmodus verbunden, das von einer ungeregelten Gleichbetriebsspannung versorgt wird, die durch das Standby-Netzteil 150 erzeugt wird. Das Signal BETRIEB an der Ausgangsleitung 101 ermöglicht den Betrieb des Netzteils 350 für den Betriebsmodus, das daraufhin eine Betriebsspannung zu dem T Chip, der Horizontal- und Vertikalablenkung und dem busgesteuerten Ablenk-IC 500 liefert. Der T-Chip wird durch einen Befehl EIN eingeschaltet, der über den Datenbus 105 übertragen wird. Daher ist ein genaues Timing notwendig, um zu gewährleisten, daß das Netzteil 350 für den Modus BETRIEB vor der Übertragung des Befehls EIN für ölen T-Chip aktiviert wird, der über den Datenbus 105 gesendet wird.
• Die als Beispiel in Fig. 1 beschriebenen Steuerverfahren können dem Problem unterliegen, daß der Datenbus und der Taktbus zwischengespeichert oder "gelatcht" werden, wie oben beschrieben. In Fig. 1 ist die integrierte Ablenkschaltung 500 mit Eingangs-Schutzdioden Ip dargestellt, die mit der Datenbus-Leitung 105 und der Taktleitung 106 verbunden sind. Eine derartige Benutzung ist hinreichend bekannt. Wenn jedoch das IC 500 abgeschaltet wird, zum Beispiel während des STANDBY- Modus, wird ein Gleichspannungs-Leitweg zwischen der Standby-Betriebsspannung von +5 Volt und dem abwesenden Netzteil für den Betriebsmodus von +5 Volt mit niedriger Impedanz gebildet. Wie dargestellt, fließen Ströme 10 von den Bus- Hochziehwiderständen (pull up resistors) R3 und R4 über Busse 105 und 106 zu jeweiligen Schutzdioden, die mit den abwesenden +5 Volt des Netzteils für "BETRIEB", verbunden sind. Somit wird jeder Bus um den Spannungsabfall an der Diode über der nominellen Erdspannung geklemmt, dargestellt durch das inaktive Netzteil für BETRIEB und die daran angeschlossenen Lasten. Somit ist der Mikroprozessor 100 daran gehindert, eine Kommunikation über den bidirektionalen Datenbus 105 zu senden oder zu empfangen. Auf ähnliche Weise wird das Taktsignal auf den Bus 106 auf nominell 0,6 Volt geklemmt, die im allgemeinen den getakteten Vorgang über die Vorrichtung ausschalten.
• Die Videowiedergabeeinheit von Fig. 2 ist im allgemeinen ähnlich zu der in Fig. 1 gezeigten, und ähnliche Funktionen tragen dieselbe Bezeichnung. Die Videowiedergabeeinheit von Fig. 2 kann so gesteuert werden, daß sie allgemein in der beschriebenen Weise, jedoch anders als in Fig. 1 arbeitet. In vorteilhafter Weise wird durch die erfindungsgemäßen Elemente 600 und 700 eine Bustrennung gebildet. Das Element 600 ist ein komplementärer Emitterfolger, der einen Puffer zwischen dem Taktsignal auf dem Bus 106 und den Eingangsschutzdioden des Ablenk-IC 500 bildet. Der Betrieb eines komplementären Emitterfolgers ist hinreichend bekannt und kann dazu dienen, die Einführung eines Gleichspannungsversatzes zu dem Taktsignal zu verhindern. Das Taktsignal liegt unidirektional auf dem Bus 106 und kann eine beliebige Spannung zwischen nominell null und fünf Volt haben. Wenn die Betriebsspannung für den BETRIEB fehlt, wird die Emitter/Basis-Strecke des PNP- Transistors Q1 in Sperrichtung vorgespannt, und der NPN-Transistor Q2 wird gesperrt und trennt dadurch den Bus 106.
• Das Element 700 von Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Datenbus-Trenneinheit mit einem Paar von Optokopplern in einer inversen Parallelanordnung zur Trennung des Datenbus 105 aufgrund des Fehlens der +5 Volt für die Betriebsspannung für BETRIEB. Optokoppler sind ebenfalls als Optoisolatoren oder Fotokoppler bekannt und können häufig angewendet werden, um eine elektrische Isolation zwischen einer Belichtungsquelle und einem fotoempfindlichen Halbleiter zu bilden. Jedoch dient in der erfindungsgemäßen Anordnung des Elementes 700 die Eigenschaft der Isolation durch Optokopplung dazu, den Anschluß eines Datenbus in Abhängigkeit von der Anwesenheit oder der Abwesenheit einer Betriebsspannung zu steuern. Der Datenbus 105 benutzt ein C-Protokoll, das eine bidirektionale Kommunikation zwischen dem Mikroprozessor 100 und den anderen, an den Bus angeschlossenen Einheiten bildet. Der Mikroprozessor 100 adressiert bestimmte, an den Bus angeschlossene Einheiten, die den Empfang der Busanweisungen durch Herunterziehen (pulling low) des Bus 105 bestätigen. Um so die Antwort der Einheit zu erleichtern, muß der Isolator oder die Trennstufe 700 für den Datenbus eine bidirektionale Übertragung mit einer symmetrischen, niedrigen Impedanz bilden. Die Datenbus-Trennstufe 700 bildet in vorteilhafter Weise die benötigte symmetrische, bidirektionale Übertragung durch Anwendung einer inversen Parallelanordnung der Fototransistoren Q3 und Q4. Die Fototransistoren Q3 und Q4 werden durch lichtemittierende Dioden D1 bzw. D2 steuerbar beleuchtet, die in Reihe liegen und über einen Widerstand R gespeist werden, der an die BETRIEBS-Spannung von +5 Volt angeschlossen ist. Wenn somit die +5 Volt für den Modus BETRIEB freigegeben oder wirksam sind, werden die Fototransistoren Q3 und Q4 durch ihre jeweiligen LEDs beleuchtet und bilden durch ihre inverse Parallelschaltung eine bidirektionale Verbindung mit niedriger Impedanz zwischen dem Datenbus 105 und dem Ablenk-IC 500. Im STANBY-Betriebsmodus werden die +5 Volt für den BETRIEBS-Modus nicht erzeugt. Folglich werden die lichtemittierenden Dioden D1 und D2 nicht gespeist, und die Fototransistoren Q3 bzw. Q4 sind nichtleitend. Der Datenbus 105 ist von den Eingangs-Schutzwirkungen des Ablenk-IC 500 getrennt.
• Die vorteilhaften Eigenschaften der Optokopplung des Elementes 700 können auch durch eine Optokopplungseinheit gebildet werden, die einen fotoempfindlichen Feldeffekttransistor anwendet. Da der Foto-Feldeffekttransistor oder FET eine symmetrische, bidirektionale Verbindung bilden kann, kann eine einzige Einheit für die inverse Parallelschaltung des OPTO1 und OPTO2 eingesetzt werden. Jedoch können Beachtungen von Herstellungskosten die Anwendung einer Einheit ausschließen, die eine Kostenzunahme von mehr als 300% darstellt, verglichen mit der Anwendung der Fototransistorkoppler OPTO1 und OPTO2.
• Die Funktionalität des Elementes 700 kann auch in vorteilhafterweise durch ein Zungenrelais (reed relay) gebildet werden. Das Zungenrelais verbindet, wenn es durch die Betriebsspannung für BETRIEB gespeist ist, den bidirektionalen Bus 105 mit dem IC 500 und trennt den Bus 105 von dem IC 500 bei Abwesenheit der Betriebsspannung für den Modus BETRIEB und verhindert dadurch eine Klemmwirkung durch die Eingangs-Schutzdioden. Die Anwendung eines Zungenrelais bildet eine einwandfreie Verbindung des bidirektionalen Datenbus. Wenn jedoch Materialkosten berücksichtigt werden, stellt die Anwendung eines Zungenrelais eine Kostenzunahme von 300% gegenüber den invers parallelgeschalteten Kopplern OPTO1 und OPTO2 dar.

Claims (10)

1. Videowiedergabeeinheit mit einer Datenbus-Steuerung mit einem Standby- und einem Betriebszustand mit:

einem Mikroprozessor (100), der einen bidirektionalen Datenbus (105) aufweist und wahlweise in einem Betriebsmodus und in einem Standby-Modus arbeitet,

einem mit dem Mikroprozessor (100) verbundenen, steuerbaren Netzteil (350) zur Lieferung der Betriebsspannung in dem Betriebs- oder dem Standby-Modus,

einer mit dem Netzteil (350) verbundenen integrierten Schaltung (500) mit einer Steuermöglichkeit durch den bidirektionalen Datenbus,

gekennzeichnet durch

von dem Netzteil gesteuerte Mittel (700) zum Anschluß des bidirektionalen Datenbus (105) an die integrierte Schaltung (500) aufgrund des Betriebsmodus und zur Trennung des bidirektionalen Datenbus (105) aufgrund des Standby-Modus.

2. Videowiedergabeeinheit nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußmittel (700) ein Paar von Optokopplern (OPT01, OPT02) in einer inversen Parallelanordnung enthalten.

3. Videowiedergabeeinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Optokoppler (OPT01, OPT02) einen Fototransistor (Q3, Q4) enthält, der durch eine lichtemittierende Diode aktiviert wird.

4. Videowiedergabeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der bidirektionale Datenbus (105) durch invers parallelgeschaltete Fototransistoren (Q3, Q4) der Optokoppler (OPT01, OPT02) angeschlossen ist.

5. Videowiedergabeeinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der invers parallelgeschalteten Fototransistoren (Q3, Q4) durch jeweiligen lichtemittierenden Dioden (D1, D2) der Optokoppler (OPT01, OPT02) aktiviert wird.

6. Videowiedergabeeinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtemittierenden Dioden (D1, D2) der Optokoppler (OPT01, OPT02) für die Aktivierung durch das Netzteil (350) in Reihe geschaltet sind.

7. Videowiedergabeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Horizontalablenkschaltung (300) durch ein durch den Mikroprozessor (100) ausgelöstes Horizontaltreibersignal (Hd) den Betrieb auslöst.

8. Videowiedergabeeinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzteil (350) aufgrund des Betriebs der Horizontalablenkschaltung (300) in den Betriebsmodus umschaltet.

9. Videowiedergabeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (700) zum Anschluß und zur Trennung eine fotogekoppelte Einheit (700) enthalten, die mit dem Datenbus und steuerbar mit dem Mikroprozessor (100) verbunden ist, zur Freigabe der Datenbus (105)-Übertragung zu der Einheit (500) während des Betriebsmodus und zur Trennung der Datenbus (105)-Übertragung von der Einheit während des Standby-Modus.

10. Videowiedergabeeinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenbus (105)-Übertragung bidirektional erfolgt.