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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungskommunikationssysteme.
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Hintergrund
der Erfindung
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Anordnungen
aus integrierten Schaltungsvorrichtungen, die die Fähigkeit
besitzen, die Kommunikation zwischen den Vorrichtungen mit höheren Geschwindigkeiten
bereitzustellen, sind ein immer vorhandenes Ziel für die Vorrichtungs-
und Systemhersteller. Gegenwärtig
können
die Transistoren integrierter Schaltungen eine Schaltleistung für die Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung
bereitstellen, die größer als
die Fähigkeit üblicher
Drahtzwischenverbindungen ist, um derartige Daten zwischen integrierten
Schaltungsvorrichtungen zu befördern. Spezifischer
kann die Schaltleistung von Metall-Oxid-Halbleiter-Transistoren mit Gate-Längen von
1 μm oder
kleiner Daten für
die Übertragung
mit Raten in der Größenordnung
von 1 Gbit/s erzeugen, die die Fähigkeiten
herkömmlicher
Zwischenverbindungen, wie z. B. von Dual-in-Line-Gehäusen,
Stichkontaktdrähten
und herkömmlichen
Metallbahnen auf Leiterplatten, überschreiten.
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Bei
Daten mit Raten, die so langsam wie 100 Mbit/s sind, verursachen
z. B. die Diskontinuitäten
in der Zwischenverbindung das Problem, dass ein Teil des gesendeten
Datensignals zurück
zur sendenden integrierten Schaltung reflektiert wird. Eine derartige Signalreflexion
vereinigt sich oft destruktiv mit dem gesendeten Signal, wobei das
durch eine integrierte Zielschaltung empfangene Signal verschlechtert wird.
Für Kommunikationsbusse
in Systemen sind Sendeleitungen verwendet worden, um derartige Diskontinuitäten zu verringern.
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In
derartigen Systemen sind oft diskrete Abschlusswiderstände mit
den Enden eines Sendeleitungsbusses verbunden, wie in 1 gezeigt
ist. In 1 sind sechs integrierte Schaltungsvorrichtungen 1, 2, 3, 4, 5 und 6 gezeigt,
die durch Zwischenverbindungen 30 mit einem einzelnen Sendeleitungsbus 10 verbunden
sind, der die Abschlusswiderstände 15 und 20 an
seinen Enden besitzt. Die Abschlusswiderstände 15 und 20 besitzen
Impedanzen, die der charakteristischen Impedanz Z0 der
Sendeleitung sprechen, um die Reflexionen an den Enden der Sendeleitung
beträchtlich
zu verringern, die dazu neigen, die gesen deten Signale zu verschlechtern.
Die Verwendung von Sendeleitungsstrukturen für die Zwischenverbindungen
ist in H. B. Bakoglu, Circuits, Interconnections, and Packaging
for VLSI, Kap. 6, S. 226-273 (Addison-Wesley Publishing Co., 1990)
ausführlicher
beschrieben.
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Eine
weitere wesentliche Leistungseinschränkung in herkömmlichen
Vorrichtungskommunikationssystemen ist die Signalverzögerung gewesen,
die zwischen den kommunizierenden Vorrichtungen auftritt, die sich
an den entfernten Enden eines sehr langen Kommunikationsbusses befinden.
In herkömmlichen
Systemen sind integrierte Schaltungsvorrichtungen, wie z. B. Prozessoren,
die mit einem Kommunikationsbus verbunden sind, außerdem oft
mit unterstützenden
integrierten Schaltungsvorrichtungen verbunden. Typischerweise müssen sich derartige
unterstützende
Vorrichtungen in nächster Nähe der Vorrichtungen
befinden, die sie unterstützen.
In Netz-Servern oder Parallelverarbeitungssystemen sind die Prozessoren
z. B. oft mit Speichervorrichtungen verbunden, die in der Nähe der entsprechenden
Prozessoren gruppiert sind. Derartige Anordnungen haben die minimalen
Trennungsabstände zwischen
den Busverbindungspositionen benachbart positionierter Prozessorvorrichtungen
eingeschränkt. Derartige
Trennungsabstände,
die durch das Bezugszeichen x in 1 gezeigt
sind, haben in relativ großen
Netz-Servern oft in der Größenordnung
von sechs Zoll gelegen.
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Als
eine Folge würde
in dem System nach 1, falls die Trennungsabstände der
Verbindung sechs Zoll betragen, der Abstand, über den sich ein Signal von
der Vorrichtung 1 zur Vorrichtung 6 ausbreiten
muss, etwa 30 Zoll betragen. Weil die Ausbreitungsgeschwindigkeiten
herkömmlicher
Sendeleitungsbusse etwa in der Größenordnung von 200 ps/in liegen,
würde die
entsprechende resultierende Signalverzögerung über den 30-Zoll-Abstand zwischen
der Vorrichtung 1 und der Vorrichtung 6 etwa 6,0
ns betragen. Derartige Verzögerungen
besitzen oft ungünstige
Wirkungen auf auf vielen Vorrichtungen basierende Systeme, einschließlich z.
B. Systeme, die Informationen mit Datenraten von 50 Mbit/s oder
größer befördern.
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Demzufolge
gibt es einen erkannten Bedarf an einer Vorrichtungskommunikationstechnik,
die verringerte Signalausbreitungsverzögerungen besitzt.
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Im
Stand der Technik ist eine Busabschluss-Methodologie im US-Patent Nr.
5.528.168 beschrieben. Gemäß den Lehren
dieses Literaturhinweises sind Busagenten, die Abschluss- und/oder Treiberschaltungen
enthalten, in Paaren um einen Ringbus organisiert. Jedes Busagentenpaar
enthält Treiber-
und Abschluss-Busagenten, die auf geometrisch gegenüberliegenden
Enden des Ringbusses angeschlossen sind.
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Eine
weitere Busabschluss-Methodologie ist im US-Patent Nr. 5.347.177
beschrieben. Gemäß den Lehren
dieses Literaturhinweises sind mehrere Ausgangs-Puffer/Treiber und
zugeordnete Empfänger
mit einem Bus in Form einer Schleife verbunden und so angeordnet,
dass die Last für
einen gegebenen Treiber als ein Paar von Sendeleitungen erscheint,
das an der Mittelanzapfung angesteuert wird -d. h., der Empfänger, der
die Last umfasst, befindet sich am Busmittelpunkt gegenüber dem
Treiber.
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Eine
allgemeine Lehre, die sich auf die Busabschluss-Methodologie bezieht,
ist im US-Patent Nr. 5.438.297 bereitgestellt. Dieser Literaturhinweis richtet
sich speziell auf eine Implementierung eines Busses in Form einer
Schleife und seinen Abschluss in einem Halbleitersubstrat.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es
werden eine Anordnung gemäß Anspruch 1
und ein Verfahren gemäß Anspruch
9 geschaffen.
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Die
Erfindung basiert auf der Entdeckung, dass die Abstände und
entsprechend die Ausbreitungsverzögerungen zwischen an einen
Signalbus gekoppelten kommunizierenden Vorrichtungen unter Verwendung
eines Signalbusses in Form einer geschlossenen Schleife beträchtlich
verringert werden können.
Die Erfindung verwendet schaltbare Impedanzelemente innerhalb spezieller
Vorrichtungen, die mit dem Bus gekoppelt sind, die selektiv betätigt werden
können,
um eine effektive Abschlussimpedanz im Wesentlichen an einem Mittelpunkt
der Länge
des Busses in Form einer geschlossenen Schleife bezogen auf einen
Kopplungspunkt einer Sendevorrichtung zu erzeugen. In einer derartigen
Anordnung würde
die erzeugte effektive Abschlussimpedanz bewirken, dass sich das
durch die Sendevorrichtung gesendete Signal als zwei Signale in
den Richtungen im Uhrzeigersinn bzw. gegen den Uhrzeigersinn um
den Bus in Form einer geschlossenen Schleife ausbreitet. In dieser
Weise würde
wenigstens eines der Signale eine Zielvorrichtung erreichen, ohne
beträchtlich durch
unerwünschte
Signalreflexionen verschlechtert zu werden.
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Als
eine Folge der Konfiguration in geschlossener Schleife besteht die
Tendenz, dass der im Wesentlichen weiteste Abstand zwischen irgendwelchen zwei
Vorrichtungen, die an den Bus in Form einer geschlossenen Schleife
gekoppelt sind, beträchtlich kürzer als
die vergleichbare herkömmliche
Buskonfiguration in Form einer offenen Schleife ist. Der Signalausbeutungsabstand
von 30 Zoll zwischen den integrierten Schaltungen 1 und 6 der
vorher beschriebenen herkömmlichen
Anordnung nach 1 würde z. B. in einer Anordnung
gemäß der Erfindung
mit einem Buskopplungs-Trennungsabstand x von sechs Zoll vorteilhaft
auf 18 Zoll verringert sein. Im Ergebnis würde die entsprechende größte Signalausbreitungsverzögerung zwischen
den kommunizierenden Vorrichtungen längs des Busses in Form einer
geschlossenen Schleife, basierend auf einer Signalausbreitungsgeschwindigkeit
von 200 ps/in, gleichermaßen von
6,0 ns vorteilhafter auf etwa 3,6 ns beträchtlich verringert sein. Außerdem wird
eine derartige Verringerung der Signalausbreitungsverzögerung im
Wesentlichen ohne Zunahme der Verlustleistung erreicht.
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In
einem derartigen System werden spezielle Vorrichtungskopplungspositionen
längs des
Busses in Form einer geschlossenen Schleife und entsprechende Impedanzwerte
der schaltbaren Impedanzelemente so ausgewählt, dass die Elemente selektiv einzeln
oder in Kombination betätigt
werden können, um
eine effektive Abschlussimpedanz im Wesentlichen an der Mittelpunktsposition
der Länge
des Busses in Form einer geschlossenen Schleife zu erzeugen. Eine
derartige effektive Abschlussimpedanz kann durch die Betätigung eines
einzelnen Impedanzelements in einer Vorrichtung erzeugt werden,
die im Wesentlichen an der Mittelpunktsposition gekoppelt ist. Alternativ
kann die effektive Abschlussimpedanz außerdem durch die Betätigung mehrerer
Impedanzelemente in anderen Vorrichtungen an anderen Positionen
erzeugt werden, die eine Nettowirkung besitzen, die Ausbreitung
eines gesendeten Signals zu einer Zielvorrichtung im Wesentlichen
so zu verursachen, als ob sich eine einzelne Impedanz an der Mittelpunktsposition
befindet. Die Erfindung ist für
die Kommunikation zwischen Vorrichtungen mit Datenraten von 50 Mbit/s
oder größer besonders
nützlich,
sie ist jedoch außerdem
für die
Kommunikation mit niedrigeren Datenraten nützlich.
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Die
durch die Erfindung erzeugte Verringerung der Signalausbreitungsverzögerung ist
für die Kommunikation
zwischen Vorrichtungen vorteilhaft, die Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsnormen einhalten,
einschließlich
vorhandener Normen, wie z. B. komplementäre Metall-Oxid-Halbleiter (CMOS), emittergekoppelte
Logik (ECL), Transistor-Transistor-Logik (TTL), Gunning-Sender/Empfänger-Logik (GTL)
und pseudo-emittergekoppelte Logik (PECL).
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Zusätzliche
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der
folgenden ausführlichen
Beschreibung und der beigefügten
Zeichnung leichter offensichtlich.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnung
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1 ist
ein schematischer Blockschaltplan einer Vorrichtungsanordnung unter
Verwendung einer herkömmlichen
Buskonfiguration in Form einer offenen Schleife;
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2 veranschaulicht
einen schematischen Blockschaltplan einer beispielhaften Vorrichtungsanordnung
gemäß der Erfindung
unter Verwendung einer Buskonfiguration in Form einer geschlossenen Schleife;
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3 veranschaulicht
einen schematischen Blockschaltplan der Eingabe/Ausgabe-Abschnitte
innerhalb von zwei Vorrichtungen der in 2 gezeigten
Vorrichtungsanordnung; und
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4 veranschaulicht
einen schematischen Blockschaltplan einer beispielhaften alternativen Ausführungsform
der Vorrichtungsanordnung nach 2.
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Ausführliche
Beschreibung
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Die
Erfindung basiert auf der Verwendung schaltbarer Impedanzelemente
in Vorrichtungen, die an einen Sendeleitungsbus in Form einer geschlossenen
Schleife gekoppelt sind, um selektiv eine effektive Abschlussimpedanz
an einer speziellen Stelle zu schaffen, um die Kommunikation zwischen
den Vorrichtungen zu ermöglichen.
Eine derartige Konfiguration in Form einer geschlossenen Schleife
verringert den Abstand zwischen potentiell kommunizierenden Vorrichtungen
beträchtlich
und verringert dementsprechend die Signalausbreitungs verzögerungen
im Vergleich zu herkömmlichen
Konfigurationen in Form einer offenen Schleife. Außerdem wird eine
derartige Verringerung der Signalausbreitungsverzögerung im
Wesentlichen ohne Zunahme der Verlustleistung erreicht.
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Gemäß der Erfindung
wird die effektive Abschlussimpedanz im Wesentlichen an einem Mittelpunkt
der Länge
des Busses in Form einer geschlossenen Schleife bezogen auf einen
Kopplungspunkt einer Sendevorrichtung selektiv erzeugt. Eine derartige
Position der effektiven Abschlussimpedanz bewirkt, dass sich ein
auf dem Bus in Form einer geschlossenen Schleife gesendetes Signal
vom Kopplungspunkt der Sendevorrichtung als zwei Signale in den
Richtungen sowohl im Uhrzeigersinn als auch gegen den Uhrzeigersinn
um den Bus ausbreitet. Eine derartige effektive Abschlussimpedanz
verringert ferner die Signalreflexionen auf der Sendeleitung beträchtlich,
die das durch eine Zielvorrichtung empfangene Signal verschlechtern
könnten.
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Spezielle
Kopplungspositionen der Vorrichtungen auf dem Bus in Form einer
geschlossenen Schleife und die entsprechenden Impedanzwerte der schaltbaren
Impedanzelemente sollten so verwendet werden, dass die Elemente
selektiv betätigt
werden können,
um die effektive Abschlussimpedanz an der gewünschten Position basierend
auf der Kopplungsposition der sendenden Vorrichtung zu erzeugen. Demzufolge
kann die effektive Abschlussimpedanz durch die Betätigung eines
einzelnen Impedanzelements in einer Vorrichtung erzeugt werden,
die an einer Position gekoppelt ist, die sich im Wesentlichen an
einem Mittelpunkt des Busses in Form einer geschlossenen Schleife
bezogen auf die sendende Vorrichtung befindet. Außerdem kann
die effektive Abschlussimpedanz ebenfalls durch die Betätigung eines
Impedanzelements in mehreren anderen Vorrichtungen an anderen Positionen
längs des
Busses erzeugt werden, was die Ausbreitung eines gesendeten Signals
zu einer Zielvorrichtung oder zur Zielvorrichtungen im Wesentlichen
so verursacht, als ob ein einzelnes Abschlussimpedanzelement an
der Mittelpunktsposition gekoppelt worden ist.
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Gemäß der Erfindung
können
zahlreiche Kopplungsanordnungen, die den Sendeleitungsbus in Form
einer geschlossenen Schleife verwenden, verwendet werden. Beispielhafte
Konfigurationen derartiger Anordnungen sind in den 2 und 4 nur
zum Zweck der Veranschaulichung gezeigt, wobei sie nicht als eine
Einschränkung
der Erfindung gemeint sind. Gleichermaßen können zahlreiche Vorrichtungskonfigurationen
verwendet werden, um das schaltbare Impedanz element gemäß der Erfindung zu
schaffen. Ein beispielhaftes schaltbares Impedanzelement, das in
einer Anordnung gemäß der Erfindung
verwendbar ist, ist in 3 nur zum Zweck der Veranschaulichung
gezeigt, wobei es nicht als eine Einschränkung der Erfindung gemeint
ist.
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Eine
beispielhafte Systemanordnung 100 gemäß der Erfindung ist in 2 gezeigt.
In 2 sind sechs Vorrichtungen 101, 102, 103, 104, 105 und 106 mit
einer Bussendeleitung 110 in Form einer geschlossenen Schleife
gekoppelt, die eine charakteristische Impedanz Z0 besitzt.
Die Vorrichtungen 101 bis 106 können z.
B. analoge oder digitale integrierte Schaltungsvorrichtungen, diskrete
Verarbeitungsvorrichtungen oder andere Komponenten sein, die ein
Signal auf einer Sendeleitung senden oder ein Signal von einer Sendeleitung
erfassen können.
Eine Sendeleitung bezieht sich, wie sie hierin verwendet wird, auf
irgendeine Verdrahtung, die ein Signal von einem Punkt zu einem
weiteren senden kann, im Wesentlichen ungeachtet des Verhältnisses
der Signalgeschwindigkeit zur Signalfrequenz. Der Bus 110 in Form
einer geschlossenen Schleife ist für die Leichtigkeit der Veranschaulichung
im Wesentlichen kreisförmig
gezeigt, wobei er gemäß der Erfindung
eine große
Vielfalt anderer Formen der geschlossenen Schleife besitzen kann.
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Die
Vorrichtungen 101 bis 106 sind an den Kopplungspositionen 111, 112, 113, 114, 115 bzw. 116 durch
die Zwischenverbindungen 130 mit dem Bus 110 gekoppelt.
Es ist möglich,
Sendeleitungen für
die Zwischenverbindungen 130 mit charakteristischen Impedanzen
zu verwenden, die der charakteristischen Impedanz Z0 des
Busses 110 entsprechen. Die Trennungsabstände y zwischen
benachbarten Kopplungsstellen und die Längen der Zwischenverbindungen 130 können auf
den physikalischen, thermischen oder elektrischen Anforderungen
der Komponenten oder irgendwelcher Unterstützungsvorrichtungen basieren.
Es ist erwünscht,
dass die Längen der
Zwischenverbindungen 130 für eine sendende oder empfangende
Vorrichtung im Wesentlichen fünf Zoll
nicht überschreiten,
um die durch die Konfiguration in Form einer geschlossenen Schleife
erreichte Verringerung der Ausbreitungsverzögerung nicht herabzusetzen.
Demzufolge ist es vorteilhafter, eine Zwischenverbindung 130 für eine Vorrichtung
wegzulassen und für
die verbesserte Leistung einen Port dieser Vorrichtung direkt mit
dem Bus 110 in Form einer geschlossenen Schleife zu verbinden.
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Die
Vorrichtungen 101 bis 106 sind als entsprechende
Paare organisiert, sodass die Vorrichtungen in jedem Paar entsprechende
Kopplungsstellen 111 bis 116 besitzen, die sich
im Wesentlichen an Mittelpunkten der Länge der Sendeleitung 110 in
Form einer geschlossenen Schleife bezogen auf einander befinden.
Die in 2 gezeigten Vorrichtungspaare enthalten die Vorrichtungen 101 und 104,
die Vorrichtungen 102 und 105 und die Vorrichtungen 103 und 106.
Für das
Vorrichtungspaar aus den Vorrichtungen 101 und 104 befinden
sich die entsprechenden Kopplungsstellen 111 und 114 im
Wesentlichen an Mittelpunktstellen der Länge des Busses 110 in
Form einer geschlossenen Schleife bezogen auf einander. Mit anderen
Worten, die Längen
des Sendeleitungsbusses zwischen den Kopplungsstellen 111 und 114 in
der Richtung im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn um den
Bus 110 in Form einer geschlossenen Schleife sind im Wesentlichen
gleich.
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Jede
Vorrichtung 101 bis 106 besitzt entsprechende
schaltbare Impedanzelemente, die selektiv gesteuert werden können, um
eine Abschlussimpedanz bereitzustellen. Beispielhafte schaltbare
Impedanzelemente sind im Folgenden in Bezug auf 3 beschrieben.
In 2 stellt eine Vorrichtung in einem speziellen
Vorrichtungspaar ihre Abschlussimpedanz ihrer Zwischenverbindung 130 bereit,
wenn die andere Vorrichtung in ihrem Vorrichtungspaar ein Signal auf
dem Bus 110 sendet. Steuerschaltungen, um eine Vorrichtung
anzuweisen, ihre Abschlussimpedanz bereitzustellen, können sich
innerhalb der Vorrichtungen 101 bis 106 oder in
einem (nicht gezeigten) externen Controller befinden.
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In
einer beispielhaften Operation der Vorrichtung 101, die
ein Signal an irgendeine der gekoppelten Vorrichtungen 102 bis 106 sendet,
koppelt die Vorrichtung 104 eine Impedanz an ihre Zwischenverbindung 130,
um eine effektive Abschlussimpedanz an der Kopplungsstelle 114 bereitzustellen.
Als eine Folge der Abschlussimpedanz würde sich das durch die Vorrichtung 101 gesendete
Signal auf der geschlossenen Sendeleitung 110 sowohl in
der Richtung im Uhrzeigersinn als auch in der Richtung gegen den
Uhrzeigersinn ausbreiten, wie durch die Pfeile 120 und 125 gezeigt
ist. Weil die zwei Abschnitte des Busses 110 in Form einer
geschlossenen Schleife, die sich zwischen den Kopplungsstellen 111 und 114 erstrecken,
charakteristische Impedanzen von Z0 besitzen,
arbeitet der Bus 110 in Form einer geschlossenen Schleife
als eine parallele Kombination der zwei Impedanzen von Z0 zwischen derartigen Kopplungsstel len. Eine
derartige parallele Kombination wirkt für die Ausbreitung der Signalenergie
als eine äquivalente
Schaltung, die eine Impedanz Z0/2 besitzt.
Demzufolge ist eine vorteilhafte Abschlussimpedanz für eine derartige
Kombination eine Impedanz von Z0/2 in der
Vorrichtung 104, um alle Signalreflexionen oder jede destruktive
Kombination der Signalausbreitungen im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn
beträchtlich
zu verringern.
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Als
eine Folge der Verwendung einer Konfiguration in Form einer geschlossenen
Schleife ist der Abstand über
die Sendeleitung 110, über
den sich ein durch die Vorrichtung 101 gesendetes Signal
zu einer Zielvorrichtung ausbreiten muss, für die Zielvorrichtungen 102 oder 106 der
Abstand y oder für
die Zielvorrichtungen 103 oder 105 der Abstand 2y oder
für die
Zielvorrichtung 104 der Abstand 3y. Im Gegensatz
sind im herkömmlichen
Sechs-Vorrichtungs-System nach 1 die Ausbreitungsabstände zwischen
der Vorrichtung 1 und 2, 3, 4, 5 und 6 die Abstände x, 2x,
3x, 4x bzw. 5x. Derartige Ausbreitungsabstände enthalten nicht die Längen der
Zwischenverbindungen 30 und 130 von den Vorrichtungen
zu den entsprechenden Sendeleitungen 10 und 110 in
den 1 und 2.
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Wenn
der Kopplungs-Trennungsabstand y nach 2 im Wesentlichen
gleich dem Trennungsabstand x nach 1 ist, dann
ist folglich der weiteste Ausbreitungsabstand der Anordnung in 1 5x zwischen
den Vorrichtungen 1 und 6, während der entsprechende weiteste
Ausbreitungsabstand der Anordnung 100 in 2 3x
zwischen den Vorrichtungen 101 und 104 ist. Die
anderen Ausbreitungsabstände
gemäß der Erfindung
in 2 sind im Allgemeinen kürzer als die meisten Ausbreitungsabstände, die
im vergleichbaren herkömmlichen
Sendeleitungssystem in Form einer offenen Schleife nach 1 erforderlich
sind. Es wird erkannt, dass für gleichmäßige Kopplungsabstände längs des
Busses die weitesten Ausbreitungsabstände eines Busses in Form einer
geschlossenen Schleife gemäß der Erfindung
etwa ein halb der weitesten Ausbreitungsabstände der vergleichbaren herkömmlichen
Konfiguration in Form einer offenen Schleife erreichen, wie die Anzahl
der mit dem Bus gekoppelten Vorrichtungen zunimmt. Die entsprechende
Verringerung der Signalausbreitungsverzögerungen gemäß der Erfindung kann
vorteilhaft im Wesentlichen ohne Zunahme der Verlustleistung erreicht
werden.
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Die
Systemanordnung 100 nach 2 verwendet
nur für
die Leichtigkeit der Veranschaulichung Kopplungsstellen, die mit
dem Abstand y gleichmäßig beabstandet
sind, wobei es leicht verstanden werden sollte, dass gemäß der Erfindung der
gleichmäßige Abstand
zwischen benachbarten Kopplungsstellen nicht erforderlich ist. Es
ist möglich, gemäß der Erfindung
einen ungleichmäßigen Abstand
zwischen benachbarten Kopplungsstellen zu verwenden, während trotzdem
die paarweise Anordnung der Vorrichtungen aufrechterhalten wird.
Außerdem
müssen
nicht alle mit dem Bus gekoppelten Vorrichtungen Teil von Vorrichtungspaaren
sein. Demzufolge müssen
derartige Vorrichtungen keine schaltbaren Abschlussimpedanzen enthalten.
Folglich ist es außerdem
möglich,
gemäß dieser
Ausführungsform
der Erfindung eine ungeradzahlige Anzahl von Vorrichtungen zu verwenden,
obwohl eine geradzahlige Anzahl von Vorrichtungen gezeigt ist.
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Ausführlichere
Ansichten der Eingabe/Ausgabe-Abschnitte 200 und 250 in
den Vorrichtungen 101 und 104 in der Anordnung 100 nach 2 sind in 3 veranschaulicht.
In den 2 und 3 sind für die Leichtigkeit der Veranschaulichung ähnliche
Komponenten gleich nummeriert, z. B. die Vorrichtungen 101 und 104 und
der Signalbus 110 in Form einer geschlossenen Schleife.
Nur diejenigen speziellen Abschnitte des Busses 110 in
Form einer geschlossenen Schleife, die mit den Vorrichtungen 101 und 104 gekoppelt
sind, sind für
die Leichtigkeit der Veranschaulichung gezeigt. Es ist möglich, dass die
Konfigurationen der Eingabe/Ausgabe-Abschnitte der Vorrichtungen 102, 103, 105 und 106 zu
den Abschnitten 200 und 250 der Vorrichtungen 101 und 104 ähnlich sind,
die in 3 gezeigt sind.
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Die
in 3 veranschaulichte Anordnung ist betreibbar, um
erste oder zweite Signalpegel gemäß der Gunning-Sender/Empfänger-Logik-Norm (GTL-Norm)
zu senden. Die GTL-Norm ist in "Gunning
Transceiver Logic (GTL) – Low-Level, High-Speed
Interface Standard for Digital Integrated Circuits", Electronic Industries
Association, JESD Standard 8-3, (November 1993) ausführlicher
beschrieben, was durch Literaturhinweis hierin aufgenommen ist.
Obwohl die Anordnung in 3 Kommunikationssignale gemäß der GTL-Norm
sendet, sollte leicht verstanden werden, dass eine Vorrichtungsanordnung
gemäß der Erfindung
verwendet werden kann, um Signale entsprechend anderen Normen zu
senden und zu empfangen, wie z. B. komplementäre Metall-Oxid-Halbleiter (CMOS),
Transistor-Transistor-Logik (TTL), Gunning-Sender/Empfänger-Logik
plus, emittergekoppelte Logik (ECL) und pseudo-emittergekoppelte
Logik (PECL).
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Die
Verwendung eines einzelnen Ports in den Eingabe/Ausgabe-Abschnitten 200 und 250 für die Kommunikation über den
einzelnen Bus 110 dient nur Veranschaulichungszwecken.
Es sollte leicht verstanden werden, dass Systeme gemäß der Erfindung typischerweise
Eingabe/Ausgabe-Abschnitte verwenden können, die eine größere Anzahl
von Eingabe/Ausgabe-Ports besitzen, die mit einer gleichen Anzahl
von Signalbussen gekoppelt ist. Außerdem ist es möglich, dass
die Vorrichtungen 101 und 104 auf einem Substrat
angeordnet sind, z. B. auf einer Leiterplatte oder einem Mehrvorrichtungsmodul,
das außerdem
die Struktur des Signalbusses 110 aufrechterhält.
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Jeder
der Eingabe/Ausgabe-Abschnitte 200 und 250 kann
einen Eingabepuffer 205, wenigstens ein schaltbares Impedanzelement 220 und
einen Signaltreiber 215, die mit einer Schnittstelle 103 gekoppelt
sind, die mit der Zwischenverbindung 130 gekoppelt ist,
enthalten. Wie sie hierin verwendet wird, bezieht sich Schnittstelle
103 im Allgemeinen auf ein elektrisch leitendes Element, das die
Kopplung des Elements 220 und des Treibers 215 mit
dem Signalbus 110 ermöglicht.
Es ist möglich,
dass die Schnittstelle 103 eine Metallbahn ist. Beispielhafte
Konfigurationen für
den Eingabepuffer 205 enthalten diejenigen Konfigurationen,
die typischerweise innerhalb herkömmlicher integrierter Schaltungen
verwendet werden. Derartige Eingabepuffer sind in B. Gunning u.
a., "A CMOS Low-Voltage-Swing
Transmission-Line Transceiver",
Digest of Technical Papers – IEEE
International Solid-State Circuits Conference, S. 58-59 (1992) ausführlicher
beschrieben, was durch Literaturhinweis hierin aufgenommen ist.
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Das
schaltbare Impedanzelement 220 ist zwischen die Leistungsversorgung
VR und die Schnittstelle 103 gekoppelt.
Das schaltbare Impedanzelement 220 sollte schaltbar sein,
um einen Wert der Abschlussimpedanz, wie z. B. eine Impedanz von
Z0/2, zwischen der Leistungsversorgung VR und der Schnittstelle 103 bereitzustellen.
Das Impedanzelement 220 sollte außerdem schaltbar sein, um einen
offenen Stromkreis zwischen der entsprechenden Leistungsversorgung
und der Schnittstelle 103 bereitzustellen. Die durch die
Leistungsversorgung VR bereitgestellte spezielle
Spannungsgröße ist im Folgenden
ausführlicher
beschrieben.
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Folglich
ist das schaltbare Impedanzelement 220 schematisch durch
das Impe danzelement 240 dargestellt, das mit dem Schalter 245 verbunden
ist. In der in 3 gezeigten beispielhaften Ausführungsform
können
die Impedanzelemente auf der Grundlage der Steuersignale A1 und
A3 für
die Ports 200 bzw. 250 aktiviert werden, um die
Impedanz Z0/2 zwischen den entsprechenden
Komponenten bereitzustellen. Demzufolge ist es möglich, ein Impedanzelement
auf dem Chip, wie z. B. einen Widerstand, eine Widerstand-Induktor-Kombination
und/oder eine Widerstand-Kondensator-Kombination, für das Impedanzelement 240 und
einen Schalter, wie z. B. einen herkömmlichen Transistorschalter
integrierter Schaltungen, für
den Schalter 245 zu verwenden.
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Für das schaltbare
Impedanzelement 220 können
andere integrierte Schaltungskonfigurationen verwendet werden, einschließlich z.
B. sowohl anderer passiver Elementkonfigurationen als auch aktiver Impedanzelemente,
die sowohl die Schaltfunktion ausführen als auch den gewünschten
Impedanzwert bereitstellen können,
wie z. B. die aktiven Widerstandsvorrichtungen, die in den US-Patenten
Nr. 5.194.765, 5.243.229 und 5.298.800 beschrieben sind, die dem
Anmelder dieser Erfindung übertragen worden
sind und die durch Literaturhinweis hierin aufgenommen sind. Derartige
aktive Impedanzelemente können
einzeln oder in einer Parallelkonfiguration oder in einer in Kaskade
geschalteten Konfiguration oder in einer Reihenkonfiguration verwendet
werden, um den gewünschten
Wert der schaltbaren Impedanz bereitzustellen.
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Das
schaltbare Impedanzelement 220 der Vorrichtungen 101 und 104 erzeugt
gemäß der Erfindung
die effektiven Abschlussimpedanzen an den gewünschten Stellen längs des
Busses 110 in Form einer geschlossenen Schleife, wenn die
andere der Vorrichtungen 104 bzw. 101 ein Signal
sendet. Demzufolge verwenden die Eingabe/Ausgabe-Abschnitte 200 und 250 der
Vorrichtungen 101 und 104 die Signaltreiber 215,
um die Signale zu senden. Wenn jedoch eine Vorrichtung nur Signale
empfängt
und keine Signale sendet, dann kann der Signaltreiber 215 aus
einer derartigen Vorrichtung in einer Anordnung gemäß der Erfindung
weggelassen sein.
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Eine
beispielhafte Konfiguration für
den Signaltreiber 215 ist in 3 gezeigt.
Die spezielle Konfiguration für
den Signaltreiber 215 ist jedoch für die Herstellung des Erfindungsgegenstandes
nicht entscheidend, wobei andere Signaltreiberkonfigurationen gemäß der Erfindung
verwendbar sind, um die gewünschten
Signalpegel auf dem Bus 110 zu erzeugen. Die dargestellte
Konfiguration für
den Signaltreiber 215 enthält ein schaltbares Impedanzelement 230,
das zwischen der Schnittstelle 103 und Leistungsversorgung
VSS angeordnet ist. Es ist möglich, dass
die Komponenten des schaltbaren Impedanzelements 230 im
Wesentlichen zu denjenigen ähnlich sind,
die vorher in Bezug auf das schaltbare Impedanzelement 220 beschrieben
worden sind. Die Steuersignale A2 und A4 steuern die Kopplung eines Impedanzwertes
zwischen die entsprechende Leistungsversorgung und die Schnittstelle 103 für die Ports 200 bzw. 250.
Jedes Impedanzelement 230 ist außerdem schaltbar, um einen
offenen Stromkreis zwischen der entsprechenden Leistungsversorgung und
der Schnittstelle 103 zu schaffen.
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Die
durch die Leistungsversorgungen VSS und
VR bereitgestellte Leistung und die Impedanzwerte
für die
Impedanzelemente 230 sollten auf der Grundlage der gewünschten
ersten und zweiten Signalpegel ausgewählt werden, die auf der Busleitung 110 zu
senden sind. Es ist möglich,
dass die zweite Leistungsversorgung VSS die
Vorrichtungsmasse der entsprechenden Vorrichtung 101 und 104 ist.
Als eine Folge sind ein Impedanzwert von im wesentlichen Z0/4 und eine Spannung VR von
im Wesentlichen 1,2V geeignet, um gemäß der GTL-Norm erste und zweite Signalpegel von
0,4 V und 1,2 V auf dem Bus 110 bereitzustellen.
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Im
Betrieb kann jeder Port 200 oder 250 konfiguriert
sein, um irgendeine der folgenden Funktionen auszuführen: 1)
Bereitstellen der Abschlussimpedanz, 2) Senden eines Signals auf
einem ersten oder zweiten Signalpegel, 3) Empfangen eines Signals
und Bereitstellen der Abschlussimpedanz oder 4) Empfangen eines
Signals, während
eine weitere mit dem Bus 110 gekoppelte Vorrichtung die
Abschlussimpedanz bereitstellt. Spezifischer kann jeder Port 200 oder 250 konfiguriert
sein, um die Abschlussimpedanz von Z0/2
bereitzustellen, indem das Impedanzelement 220 aktiviert
wird, während
das Element 230 deaktiviert wird. Dieselbe Konfiguration wird
verwendet, wenn der Port 200 oder 250 ein Signal
empfängt
und die Abschlussimpedanz bereitstellt. Die Ports 200 oder 250 können konfiguriert sein,
um ein Kommunikationssignal auf einem ersten oder zweiten Signalpegel
zu senden, indem sie das Impedanzelement 230 aktivieren
bzw. deaktivieren. Jeder Port 200 oder 250 kann
außerdem
die Impedanzelemente 220 und 230 deaktivieren,
um ein Signal zu empfangen, während
eine weitere Vorrichtung die Abschlussimpedanz bereitstellt.
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Folglich
ist der Port 250 der Vorrichtung 104 in seiner
Abschlussimpedanz-Konfiguration
konfiguriert, während
der Port 200 der Vorrichtung 101 in seiner Sendekonfiguration
entweder für
den ersten oder für
den zweiten Signalpegel konfiguriert ist, damit die Vorrichtung 101 ein
Kommunikationssignal an irgendeine der Vorrichtungen 102 bis 106,
die in 2 gezeigt sind, sendet. Gleichermaßen können die
Vorrichtungen 101 bis 103, 106 und 106 ein
Signal von der Vorrichtung 104 empfangen, indem sie den
Port 200, um die Abschlussimpedanz bereitzustellen, und den
Port 250 in seiner Sendekonfiguration entweder für den ersten
oder für
zweiten Signalpegel, um ein entsprechendes Signal zu senden, konfigurieren.
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Es
ist möglich,
dass die Vorrichtungen 101 und 104 miteinander
kommunizieren, um die andere zu alarmieren, dass sie vorhat, ein
Kommunikationssignal zu senden, sodass die andere Vorrichtung die Abschlussimpedanz-Konfiguration
implementieren kann. Alternativ kann ein Controller, ein Prozessor oder
eine Leitungs-Arbitrierungs-Einrichtung, der bzw. die von den Vorrichtungen 101 und 106 getrennt ist,
das Bereitstellen der gewünschten
Abschlussimpedanz gemäß der Erfindung
und demzufolge, welche Vorrichtungen Signale über die Leitung 110 senden
können,
steuern.
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Obwohl
die ersten und zweiten Signalpegel in der beispielhaften Konfiguration
in 3 unter Verwendung eines einzelnen schaltbaren
Impedanzelements 230 für
den Signaltreiber 215 erreicht werden, ist es möglich, zwei
schaltbare Impedanzelemente zwischen der Schnittstelle 103 und
einer oder zwei Leistungsversorgungen zu verwenden, um die gewünschten
ersten und zweiten Signalpegel zu erreichen. Das schaltbare Impedanzelement
kann außerdem
entsprechende Leistungsteilerkonfigurationen zwischen dem Signalbus
und den zwei Leistungsversorgungen bereitstellen, um die entsprechenden
Datensignale mit den speziellen Signalpegeln auf dem Signalbus zu
erzeugen und zu senden. Außerdem können durch
den Signaltreiber in einer ähnlichen Weise
Mehrfachpegelsignale bereitgestellt werden.
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Die
Kopplungspositionen 111 bis 116 der entsprechenden
Vorrichtungspaare 101 und 104, 102 und 105 und 103 und 106 sind
für die
Leichtigkeit der Veranschaulichung an exakten Mittelpunkten der Länge des
Busses 110 veranschaulicht. Derartige Kopplungspositionen
müssen
sich jedoch gemäß der Erfindung
nur an im wesentlichen Mittelpunktspositionen befinden. Spezifi scher
können
sich gemäß der Erfindung
die Kopplungspositionen vom exakten Mittelpunkt der Länge des
Busses 110 bezogen auf eine Sendevorrichtung verändern, solange
wie die entsprechende Verschlechterung der gesendeten Signalqualität die Erfassung
durch eine Zielvorrichtung nicht ungünstig beeinflusst.
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4 veranschaulicht
eine Anordnung 300 gemäß der Erfindung,
um die effektive Abschlussimpedanz als eine effektive Netto-Abschlussimpedanz unter
Verwendung mehrerer schaltbarer Impedanzelemente innerhalb einer
gleichen Anzahl von Vorrichtungen längs des Busses 310 in
Form einer geschlossenen Schleife zu erzeugen. In 4 enthält die Anordnung 300 fünf Vorrichtungen 301, 302, 303, 304 und 305,
die an entsprechenden Stellen 311, 312, 313, 314 und 315 an
den Bus 310 in Form einer geschlossenen Schleife gekoppelt
sind. Die Vorrichtungen 311 bis 315 sind zu den
Vorrichtungen 101 bis 106 nach 2 im
Wesentlichen ähnlich,
wobei sie entsprechende schaltbare Impedanzelemente enthalten, wie
z. B. die in 3 veranschaulichten Elemente 220.
Keine der Kopplungsstellen 311 bis 315 in 4 befindet
jedoch an Positionen, die sich im Wesentlichen am Mittelpunkt der
Länge des
Busses 310 bezogen auf eine mögliche Sendevorrichtung befinden.
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Demzufolge
können
die Vorrichtungen 311 bis 315 nicht einzeln verwendet
werden, um eine einzelne Abschlussimpedanz an der gewünschten
Stelle zu schaffen, wie sie in der Anordnung 100 nach 2 verwendet
werden. Die Anordnung 300 nach 4 verwendet
die Betätigung
der schaltbaren Impedanzelemente in mehreren Vorrichtungen, um eine gleiche
Anzahl von speziellen Impedanzen auf dem Bus 310 in Form
einer geschlossenen Schleife an verschiedenen Positionen schaffen.
Die speziellen Vorrichtungen, die derartige Impedanzen bereitstellen,
und die verwendeten speziellen Impedanzwerte sollten bewirken, dass
sich ein Signal auf dem Bus 310 in Form einer geschlossenen
Schleife von der Sendevorrichtung zu einer vorgesehenen Zielvorrichtung
im Wesentlichen so ausbreitet, als ob eine einzelne Abschlussimpedanz
am Mittelpunkt der Länge des
Busses 310 bezogen auf eine Sendevorrichtung bereitgestellt
worden ist. Eine derartige Beziehung wird als das Erzeugen einer
effektiven Abschlussimpedanz von Z0/2 an
einer derartigen Stelle bezeichnet.
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Ein
beispielhaftes Verfahren zum Schaffen der effektiven Abschlussimpedanz
von Z0/2 am Mittelpunkt besteht darin, entsprechende
schaltbare Impedanz elemente in mehreren Vorrichtungen zu betätigen, um
erste und zweite effektive Impedanzen von Z0 an
im Wesentlichen symmetrischen, z. B. gespiegelten, Positionen längs der
entsprechenden Hälften des
Busses 310 zwischen der Sendevorrichtung und dem Mittelpunkt
der Länge
des Busses 310 bezogen auf diese Sendevorrichtung zu erzeugen.
In dieser Weise erzeugen die ersten und zweiten effektiven Impedanzen
von Z0 ein entsprechendes Schaltungsäquivalent
einer effektiven Netto-Abschlussimpedanz von im wesentlichen Z0/2 am Mittelpunkt der Länge des Busses bezogen auf
die Sendevorrichtung.
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Wenn
z. B. die Trennungsabstände
zwischen den Kopplungsstellen 311 bis 315 sechs
Zoll betragen, dann ist es möglich,
dass die Vorrichtungen 303 und 304 entsprechende
Impedanzen von Z0 bereitstellen, um eine
effektive Impedanz von Z0/2 an einer Mittelpunktstelle 330 der
Länge des
Busses 310 bezogen auf die Sendevorrichtung 301 erzeugen,
wenn die Vorrichtung 301 ein Signal sendet. Die Vorrichtungen 303 und 304 sind
an entsprechende symmetrische Stellen 313 und 314 längs der
entsprechenden Hälften 320 und 325 des
Busses 310 gekoppelt, die zwischen der Sendevorrichtung 301 und einem
Mittelpunkt 330 der Länge
des Busses 310 bezogen auf die Kopplungsstelle 311 der
Vorrichtung 301 definiert sind.
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Obwohl
die Vorrichtungen 303 und 304 an entsprechenden
symmetrischen Stellen 313 und 314 in den entsprechenden
Bushälften 320 und 325 gekoppelt
sind, ist es außerdem
möglich,
die Impedanzelemente der Vorrichtungen 302 und 305 zu
betätigen,
die an den symmetrischen Positionen 312 und 315 gekoppelt
sind, um im Wesentlichen ähnliche
Ergebnisse zu erreichen. Außerdem
ist es ferner möglich,
die Impedanzelemente von mehr als einer Vorrichtung zu betätigen, die
an jede der entsprechenden Bushälften 320 und 325 gekoppelt
ist, um die gewünschte
effektive Netto-Abschlussimpedanz von Z0/2
am Mittelpunkt 330 zu erzeugen.
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Die
Position 330 der erzeugten effektiven Abschlussimpedanz
ist für
die Leichtigkeit der Veranschaulichung am exakten Mittelpunkt der
Länge des Busses 310 veranschaulicht.
Eine derartige effektive Abschlussimpedanz muss sich jedoch gemäß der Erfindung
nur im Wesentlichen am Mittelpunkt befinden. Spezifischer kann sich
gemäß der Erfindung
die Position der effektiven Abschlussimpedanz vom exakten Mittelpunkt
der Länge
des Busses 310 bezogen auf eine Sendevorrichtung verändern, solange wie
die entsprechende Ver schlechterung der gesendeten Signalqualität die Erfassung
durch eine Zielvorrichtung nicht ungünstig beeinflusst. Obwohl die Positionen 340 und 345 der
erzeugten effektiven Impedanzen von Z0 als
exakt symmetrische Positionen veranschaulicht sind, ist es gleichermaßen möglich, dass
sich derartige Positionen von diesen exakten Positionen verändern, solange
wie die entsprechende Verschlechterung der gesendeten Signalqualität die Erfassung
durch eine Zielvorrichtung nicht ungünstig beeinflusst.
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Die
Systemanordnung 300 nach 4 verwendet
Kopplungsstellen, die für
die Leichtigkeit der Veranschaulichung gleichmäßig beabstandet sind, wobei
es außerdem
möglich
ist, einen ungleichmäßigen Abstand
zwischen derartigen Kopplungsstellen zu verwenden. Gemäß dieser
Ausführungsform
der Erfindung sollten jedoch die Vorrichtungen mit schaltbaren Impedanzelementen
und die Werte derartiger Impedanzen so ausgewählt sein, dass die gewünschte effektive
Abschlussimpedanz im Wesentlichen an einem Mittelpunkt der Länge des
Busses bezogen auf eine Sendevorrichtung erzeugt wird. Obwohl eine
ungeradzahlige Anzahl von Vorrichtungen gezeigt ist, sollte leicht
verstanden werden, dass gemäß dieser
Ausführungsform
der Erfindung außerdem
eine geradzahlige Anzahl von Vorrichtungen verwendet werden kann.
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Außerdem kann
gemäß dieser
Ausführungsform
der Erfindung ein schaltbares Impedanzelement einer einzelnen Vorrichtung
verwendet werden, um die effektiven Abschlussimpedanzen für verschiedene
Sendevorrichtungen zu erzeugen. In einer ähnlichen Weise kann eine Vorrichtung
mehrere schaltbare Impedanzelemente verwenden, die einzeln und/oder
in Kombination betätigt
werden können,
um verschiedenen Impedanzwerte bereitzustellen, um die effektiven
Abschlussimpedanzen für
verschiedene Sendevorrichtungen zu erzeugen. Eine derartige Vorrichtungskonfiguration
kann außerdem
verwendet werden, um sowohl eine schaltbare Abschlussimpedanz für eine erste
Sendevorrichtung in der vorher in Bezug auf 2 beschriebenen
Weise als auch einen weiteren Impedanzwert, der verwendet wird,
um eine effektive Abschlussimpedanz für eine zweite Sendevorrichtung
zu erzeugen, zu schaffen.
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Obwohl
oben mehrere Ausführungsformen der
Erfindung ausführlich
beschrieben worden sind, können
viele Modifikationen vorgenommen werden, ohne von ihren Lehren abzuweichen.
Es ist vorgesehen, dass alle derartige Modifikationen in die folgenden
Ansprüche
eingeschlossen sind. Obwohl die vorher be schriebenen Ausführungsformen
z. B. Kommunikationssignale gemäß der GTL-Norm senden, sollte
leicht verstanden werden, dass eine Vorrichtungsanordnung gemäß der Erfindung
verwendet werden kann, um Signale entsprechend anderen Normen, wie
z. B. Gunning-Sender/Empfänger-Logik plus,
komplementäre
Metall-Oxid-Halbleiter (CMOS), Transistor-Transistor-Logik (TTL),
emittergekoppelte Logik (ECL) und pseudo-emittergekoppelte Logik (PECL),
zu senden und zu empfangen. Außerdem müssen derartige
Vorrichtungsanordnungen nicht herkömmlichen Normen oder anderen
entsprechen. Die Erfindung ist für
die Kommunikation zwischen Vorrichtungen mit Datenraten von 50 Mbit/s
oder größer besonders
nützlich,
sie ist jedoch außerdem
für die
Kommunikation mit niedrigeren Datenraten nützlich.